KR20180092847A - Iron-based composition for fuel element - Google Patents

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KR20180092847A
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Abstract

Disclosed embodiments include fuel assemblies, a fuel element, a cladding material, methods of making a fuel element, and methods of using the fuel element.

Description

연료 요소를 위한 철계 조성물{IRON-BASED COMPOSITION FOR FUEL ELEMENT}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to an iron-

관련 출원에 대한 상호 참조Cross-reference to related application

본 출원은 2016년 3월 21일자로 출원된 미국 출원 제15/076,475호의 부분 계속 출원이다. 미국 출원 제15/076,475호는, 2013년 3월 11일자로 출원되고 2012년 12월 28일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/747,054호의 우선권을 주장하는 미국 출원 제13/794,589호의 계속 출원이며, 이들 출원은 인용함으로써 그 전체 내용이 본원에 포함된다.This application is a continuation-in-part of application Serial No. 15 / 076,475, filed March 21, 2016. U.S. Application Serial No. 15 / 076,475 is a continuation-in-part of U.S. Application No. 13 / 794,589, filed March 11, 2013, which claims priority to U.S. Provisional Patent Application No. 61 / 747,054, filed December 28, , The entire contents of which are incorporated herein by reference.

기술분야Technical field

본 특허 출원은 클래딩 재료(cladding material)를 포함하는 연료 요소 및 이 연료 요소에 관한 방법에 관련된 것이다.This patent application relates to a fuel element comprising a cladding material and a method for the fuel element.

개시된 실시예는 연료 요소, 연료 조립체, 클래딩 재료, 그리고 이들의 제조 방법 및 이용 방법을 포함한다.The disclosed embodiments include fuel elements, fuel assemblies, cladding materials, and methods of making and using them.

이상은 개괄에 해당하며, 이에 따라 세부사항의 단순화, 일반화, 포함 및/또는 생략을 수반할 수 있고, 결과적으로, 당업자는 이상의 개괄이 단지 예시적인 것이며, 어떠한 방식으로도 한정하려는 의도가 아니라는 것을 이해할 것이다. 앞서 설명한 임의의 예시적인 양태, 실시예, 및 특징에 추가하여, 추가적인 양태, 실시예, 및 특징은 도면과 후속하는 상세한 설명을 참고하면 명확해질 것이다. 본원에서 설명되는 디바이스 및/또는 프로세스 및/또는 다른 주제 대상에 관한 다른 양태, 특징, 및 장점은 본원에 기술된 교시내용에 있어서 명확할 것이다.The foregoing is therefore intended to be illustrative and not in a limiting sense, as such may involve a simplification, generalization, inclusion and / or omission of details, and consequently, those skilled in the art will recognize that the foregoing general description is merely exemplary in nature and is in no way intended to be limiting in any way. I will understand. In addition to any of the exemplary aspects, embodiments, and features described above, additional aspects, embodiments, and features will become apparent with reference to the drawings and the following detailed description. Other aspects, features, and advantages of the devices and / or processes and / or other subject matter described herein will be apparent in the teaching that is set forth herein.

당업자는, 도면이 주로 예시의 목적을 위한 것이며, 본원에 설명되는 신규의 주제 대상의 범위를 한정하려는 의도가 아니라는 것을 이해할 것이다. 도면은 반드시 축척에 따르는 것이 아니며, 일부 경우에 있어서, 본원에 개시되는 신규한 주제 대상에 관한 다양한 양태는 다양한 특징의 이해를 용이하게 하기 위해 도면에 과장되게 또는 확대되게 도시되어 있을 수 있다. 도면에 있어서, 동일한 도면부호는 일반적으로 동일한 특징부(예컨대, 기능상 유사한 요소 및/또는 구조적으로 유사한 요소)를 가리킨다.
도 1a 및 도 1b는 예시적인 일 실시예에 있어서 (a) 예시적인 핵 연료 조립체 및 (b) 예시적인 연료 요소의 개략적인 형태를 부분 절개 사시도로 제시한 것이다.
도 2a 및 도 2b 내지 도 2f는 각각 조성물을 제조하는 프로세스에 관한 흐름도를 제시하며, 예시적인 일 실시예에서의 프로세스에 관한 예시적인 세부사항을 제시한다.
도 3a 내지 도 3c는 예시적인 일 실시예에 있어서 다양한 프로세스를 거치는 철계 조성물의 다양한 미세구조를 나타내는 광학 현미경 사진을 제시한 것이다.
도 4a 및 도 4b 내지 도 4e는 각각 조성물을 제조하는 프로세스에 관한 흐름도를 제시하며, 예시적인 다른 일 실시예에서의 프로세스에 관한 예시적인 세부사항을 제시한다.
도 5a 및 도 5b는 각각 조성물을 이용하는 프로세스에 관한 흐름도를 제시하며, 예시적인 일 실시예에서의 프로세스에 관한 예시적인 세부사항을 제시한다.
도 6a 및 도 6b는 히트(Heat)(CH 및 DH)에서의 플레이트 생산 및 관 생산을 용이하게 하는 데 사용되는 주요한 프로세스 단계에 관한 프로세스 개요를 나타낸 것이다.
도 7은 조사(irradiation)에 의해 생성되는 보이드(void)에 대한 깊이 효과(depth effect)를 예시하는 대표적인 TEM(transmission electron microscope) 화상을 예시한 것이다.
도 8은 히트들에 대한 팽윤 결과를 나타낸 것으로서, 달성된 ACO-3에 대한 조성물 실시예의 보이드 팽윤 성능(void swelling performance)을 예시한다.
도 9는 섭씨 480 도에서 0.2 appm He/dpa로 188 dpa까지 조사한 이후에 4개의 히트에서의 보이드 미세구조에 대한 TEM 콜라주를 나타낸 것으로서, 보이드는 검정 포켓(pocket)으로서 도시되어 있다.
도 10은 섭씨 460 도에서 0.015 appm He/dpa로 188 dpa까지 조사한 이후에 4개의 히트에서의 보이드 미세구조에 대한 TEM 콜라주를 나타낸 것이다.
Skilled artisans will appreciate that the drawings are for illustrative purposes primarily and are not intended to limit the scope of the novel subject matter described herein. The drawings are not necessarily to scale, and in some instances, various aspects of the novel subject matter disclosed herein may be exaggerated or enlarged in the drawings to facilitate an understanding of the various features. In the drawings, the same reference numerals generally refer to the same features (e.g., functionally similar elements and / or structurally similar elements).
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIGS. 1A and 1B show, in an exemplary embodiment, a schematic cutaway perspective view of an exemplary nuclear fuel assembly and (b) an exemplary fuel element in (a) an exemplary embodiment.
Figures 2a and 2b-2f each provide a flow diagram of a process for making a composition and provide exemplary details of the process in an exemplary embodiment.
Figures 3A-3C show optical micrographs illustrating various microstructures of an iron-based composition through various processes in an exemplary embodiment.
Figures 4A and 4B-4E each provide a flow diagram for the process of making a composition and provide exemplary details of the process in another exemplary embodiment.
Figures 5A and 5B each provide a flow diagram for a process using a composition and provide exemplary details of the process in an exemplary embodiment.
Figures 6a and 6b show a process outline of the major process steps used to facilitate plate production and tube production in the heat (CH and DH).
FIG. 7 illustrates a typical transmission electron microscope (TEM) image illustrating a depth effect on a void generated by irradiation.
Figure 8 shows the swelling results for heat, illustrating the void swelling performance of the composition examples for ACO-3 achieved.
Figure 9 shows the TEM collage for the void microstructure at 4 hits after irradiation at 480 degrees Celsius to 0.28 mPa He / dpa up to 188 dpa, where the voids are shown as black pockets.
Figure 10 shows the TEM collage for the void microstructure in 4 heat after irradiation at 460 degrees Celsius to 0.015 apps He / dpa to 188 dpa.

도입Introduction

이하의 상세한 설명에 있어서, 상세한 설명의 일부를 형성하는 첨부 도면을 참고한다. 도면에 있어서, 다양한 도면에서 유사한 기호 혹은 동일한 기호를 사용하는 것은 보통 문맥상 달리 언급되지 않는 한 유사한 물품 또는 동일한 물품을 가리킨다.In the following detailed description, reference is made to the accompanying drawings which form a part of the detailed description. In the drawings, the use of similar symbols or similar symbols in the various figures generally indicates similar or identical articles, unless the context clearly indicates otherwise.

상세한 설명에서 설명되는 예시적인 실시예, 도면, 및 청구범위는 한정하려는 의도가 아니다. 여기 제시되는 주제 대상의 사상 또는 범위로부터 벗어나지 않으면서, 다른 실시예를 이용할 수도 있으며, 다른 변형이 행해질 수도 있다.The illustrative embodiments, drawings, and claims set forth in the description are not intended to be limiting. Other embodiments may be utilized and other modifications may be made without departing from the spirit or scope of the subject matter presented herein.

당업자는, 본원에 설명된 구성요소(예컨대, 작업), 디바이스, 대상물, 및 이에 수반되는 설명이 개념적인 명확성을 위한 예로서 사용된다는 것과, 다양한 구성상의 변경이 고려된다는 것을 인식할 것이다. 결과적으로, 본원에서 사용될 때, 기술된 구체적인 예 및 수반되는 설명은 각각의 보다 일반적인 군(class)을 대표하도록 하려는 의도이다. 일반적으로, 임의의 구체적인 예를 사용하는 것은, 해당 군을 대표하도록 하려는 의도이며, 특정 구성요소(예컨대, 작업), 디바이스, 및 대상물을 포함하지 않는 것은 한정하는 것으로서 간주되어서는 안 된다.Those skilled in the art will appreciate that the components (e.g., operations), devices, objects, and accompanying descriptions described herein are used as examples for conceptual clarity, and that various structural changes are contemplated. Consequently, when used herein, the specific examples described and the accompanying discussion are intended to represent each more general class. In general, the use of any specific example is intended to be representative of the group in question, and should not be construed as limiting the inclusion of a particular component (e.g., workpiece), device, and object.

본 출원은 명확한 제시를 위해 명시적인 개요 표제를 이용한다. 그러나, 개요 표제는 예시의 목적을 위한 것이며 본 출원 전반에 걸쳐 다양한 유형의 주제 대상이 논의될 수 있다는 것을 이해해야만 한다[예컨대, 디바이스(들)/구조(들)가 프로세스(들)/작업 표제 하에서 설명될 수도 있고/있거나 프로세스(들)/작업이 구조(들)/프로세스(들) 표제 하에서 설명될 수도 있고/있거나 단일 주제에 관한 설명은 2 이상의 주제 표제에 걸쳐 있을 수도 있음]. 따라서, 형식적인 개요 표제의 사용은 어떠한 방식으로도 한정하려는 의도가 아니다.This application uses explicit summary headings for clear presentation. It should be understood, however, that the abstract title is for illustrative purposes and that various types of subject matter may be discussed throughout the application (e.g., device (s) / structure (s) (S) / work may be described under the structure (s) / process (s) headings and / or the description of a single topic may span more than one topic heading. Thus, the use of formal abstract headings is not intended to be limiting in any way.

개관survey

개관을 통해, 일 실시예에 있어서 조성물의 제조 방법이 제시되는데, 상기 제조 방법은, 철계 조성물의 적어도 일부가 오스테나이트 상으로 변형되는 제1 조건 하에서 제1 온도로 철계 조성물을 포함하는 재료를 열처리하는 단계; 철계 조성물의 적어도 일부가 마르텐사이트 상으로 변형되는 제2 조건 하에서 소정 냉각 속도로 제2 온도까지 재료를 냉각시키는 단계; 탄화물이 침전되는 제3 조건 하에서 제3 온도로 재료를 열처리하는 단계를 포함한다.In one aspect, a method of making a composition is presented, which comprises heating a material comprising an iron-based composition to a first temperature under a first condition in which at least a portion of the iron-based composition is transformed into an austenite phase, ; Cooling the material to a second temperature at a predetermined cooling rate under a second condition in which at least a portion of the iron-based composition is transformed into a martensite phase; And subjecting the material to a third temperature under a third condition in which the carbide precipitates.

다른 실시예에 있어서 조성물의 제조 방법이 제시되는데, 상기 제조 방법은, 재료가 냉간 인발, 냉간 압연, 및 전후진 반복(pilgering) 중 적어도 하나를 거치게 하는 단계; 철계 조성물의 적어도 일부가 오스테나이트 상으로 변형되는 제1 조건 하에서 제1 온도로 철계 조성물을 포함하는 재료를 열처리하는 단계; 철계 조성물의 적어도 일부가 마르텐사이트 상으로 변형되는 제2 조건 하에서 소정 냉각 속도로 제2 온도까지 재료를 냉각시키는 단계; 탄화물이 침전되는 제3 조건 하에서 제3 온도로 재료를 열처리하는 단계를 포함한다.In another embodiment, a method of making a composition is disclosed, the method comprising: passing the material through at least one of cold drawing, cold rolling, and pilgering; Subjecting the material containing the iron-based composition to a first temperature under a first condition in which at least a part of the iron-based composition is transformed into an austenite phase; Cooling the material to a second temperature at a predetermined cooling rate under a second condition in which at least a portion of the iron-based composition is transformed into a martensite phase; And subjecting the material to a third temperature under a third condition in which the carbide precipitates.

다른 실시예에 있어서, (Fe)a(Cr)b(M)c를 포함하는 조성물이 제시되는데, 여기서 a, b, 및 c는 각각 중량%를 나타내는 0보다 큰 수이며, M은 적어도 하나의 전이 금속 원소이고, b는 11과 12 사이이며, c는 약 0.25 내지 약 0.9이고, a는 잔량이며, 상기 조성물은 약 0.01 중량% 내지 약 0.04 중량%의 N을 적어도 더 포함한다.In another embodiment, a composition comprising (Fe) a (Cr) b (M) c is presented wherein a, b, and c are each greater than 0 representing weight percent and M is at least one B is between 11 and 12, c is between about 0.25 and about 0.9, a is the balance, and the composition comprises at least about 0.01 wt.% To about 0.04 wt.

다른 실시예에 있어서, (Fe)a(Cr)b(Mo, Ni, Mn, W, V)c를 포함하는 조성물이 제시되는데, 여기서 a, b, 및 c는 각각 중량%를 나타내는 0보다 큰 수이며, b는 11과 12 사이이고, c는 약 0.25 내지 약 0.9 사이이며, a는 잔량이고, 적어도 실질적으로 모든 조성물이 마르텐사이트 상을 나타내며, 상기 조성물은 약 0.01 중량% 내지 약 0.04 중량% 사이의 N을 포함한다.In another embodiment, a composition comprising (Fe) a (Cr) b (Mo, Ni, Mn, W, V) c is presented wherein a, b and c are each greater than 0, B is between 11 and 12, c is between about 0.25 and about 0.9, a is the balance, at least substantially all of the composition represents a martensitic phase and the composition comprises from about 0.01% to about 0.04% ≪ / RTI >

다른 실시예에서는, 연료 조립체의 이용 방법이 제시되는데, 상기 이용 방법은 연료 조립체를 이용하여 파워를 발생시키는 단계로서, 연료 조립체의 연료 요소는 화학 조성식 (Fe)a(Cr)b(M)c로 나타내어지는 조성물을 포함하고, 여기서 a, b, 및 c는 각각 중량%를 나타내는 0보다 큰 수이며, M은 적어도 하나의 전이 금속 원소이고, b는 11과 12 사이이며, c는 약 0.25 내지 약 0.9이고, a는 잔량이며, 상기 조성물은 약 0.01 중량% 내지 약 0.04 중량%의 N을 적어도 더 포함하는 것인 단계를 포함한다.In another embodiment, a method of using a fuel assembly is disclosed, the method comprising generating power using a fuel assembly, wherein the fuel element of the fuel assembly has a chemical composition (Fe) a (Cr) b (M) c Wherein a, b, and c are each a number greater than 0 representing weight percent, M is at least one transition metal element, b is between 11 and 12, and c is between about 0.25 About 0.9, a is the balance, and the composition comprises at least about 0.01% to about 0.04% N by weight.

다른 실시예에 있어서, 일 방법에 의해 제조되는 관형 조성물을 포함하는 연료 요소가 제시되는데, 상기 방법은, 철계 조성물의 적어도 일부가 오스테나이트 상으로 변형되는 제1 조건 하에서 제1 온도로 철계 조성물을 포함하는 재료를 열처리하는 단계; 철계 조성물의 적어도 일부가 마르텐사이트 상으로 변형되는 제2 조건 하에서 소정 냉각 속도로 제2 온도까지 재료를 냉각시키는 단계; 탄화물이 침전되는 제3 조건 하에서 제3 온도로 재료를 열처리하는 단계를 포함한다. 일 실시예에 있어서, 질소가 존재하는 조성의 경우, 탄화물의 침전은 질화물 및 탄질화물의 침전을 수반할 수 있다.In another embodiment, a fuel element is disclosed that comprises a tubular composition made by a method, the method comprising: providing an iron-based composition at a first temperature under a first condition in which at least a portion of the iron- Heat treating the containing material; Cooling the material to a second temperature at a predetermined cooling rate under a second condition in which at least a portion of the iron-based composition is transformed into a martensite phase; And subjecting the material to a third temperature under a third condition in which the carbide precipitates. In one embodiment, for compositions where nitrogen is present, precipitation of the carbide may involve precipitation of nitrides and carbonitrides.

연료 조립체Fuel assembly

도 1a는 일 실시예에 따른 핵 연료 조립체(10)의 부분적인 예시도를 제시한 것이다. 연료 조립체는 핵분열성 핵 연료 조립체 또는 핵연료의 원료가 되는 핵 연료 조립체일 수 있다. 조립체는 연료 요소[즉, “연료 봉” 또는 “연료 핀(fuel pin)”](11)를 포함할 수도 있다. 도 1b는 일 실시예에 따른 연료 요소(11)의 부분적인 예시도를 제시한 것이다. 이러한 실시예에서 도시된 바와 같이, 연료 요소(11)는 클래딩 재료(13), 연료(14), 및 일부 경우에 있어서 적어도 하나의 간격(15)을 포함할 수 있다.IA shows a partial illustration of a nuclear fuel assembly 10 according to one embodiment. The fuel assembly may be a nuclear fissionable nuclear fuel assembly or a nuclear fuel assembly that is a source of nuclear fuel. The assembly may include a fuel element (i.e., a "fuel rod" or "fuel pin") 11. 1B shows a partial illustration of a fuel element 11 according to one embodiment. As shown in this embodiment, the fuel element 11 may include a cladding material 13, fuel 14, and in some cases at least one gap 15.

연료는 외측 클래딩 재료(13)에 의해 공동(cavity) 내에 밀봉될 수 있다. 일부 경우에 있어서, 다수의 연료 재료가 도 1b에 도시된 바와 같이 축방향으로 적층될 수도 있지만, 이는 반드시 그러한 것은 아니다. 예를 들면, 연료 요소는 단지 하나의 연료 재료를 포함할 수도 있다. 일 실시예에 있어서, 간격(들)(15)이 연료 재료와 클래딩 재료 사이에 존재할 수 있지만, 간격(들)이 반드시 존재해야 하는 것은 아니다. 일 실시예에 있어서, 상기 간격은 압축 대기, 예컨대 압축 헬륨 대기로 충전되어 있다.The fuel can be sealed in the cavity by means of the outer cladding material 13. In some cases, a plurality of fuel materials may be stacked axially as shown in FIG. 1B, but this is not necessarily so. For example, the fuel element may comprise only one fuel material. In one embodiment, the spacing (s) 15 may be between the fuel material and the cladding material, but the spacing (s) need not necessarily be present. In one embodiment, the spacing is filled with a compressed atmosphere, e. G., A compressed helium atmosphere.

연료는 임의의 핵분열 가능한 재료를 포함할 수 있다. 핵분열 가능한 재료는 금속 및/또는 금속 합금을 포함할 수도 있다. 일 실시예에 있어서, 연료는 금속 연료일 수도 있다. 금속 연료는 상대적으로 높은 중금속 부하 및 우수한 중성자 조직(neutron economy)을 제공할 수 있다는 것을 이해할 수 있는데, 이는 핵 분열 반응로의 브리드 앤드 범 프로세스(breed-and-bum process)에 바람직하다. 용례에 따라, 연료는 U, Th, Am, Np 및 Pu로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함할 수도 있다. 본원에서 화학 기호를 나타낼 때 용어 “원소”는, 주기율표에서 확인되는 원소를 가리킬 수 있으며, 이를 “원료 요소”의 “요소”와 혼동해서는 안 된다. 일 실시예에 있어서, 연료는 적어도 약 90 중량%의 U, 예컨대 적어도 95 중량%, 98 중량%, 99 중량%, 99.5 중량%, 99.9 중량%, 99.99 중량%, 또는 그 이상의 U를 포함할 수도 있다. 이러한 연료는 내화 재료를 더 포함할 수도 있는데, 내화 재료는 Nb, Mo, Ta, W, Re, Zr, V, Ti, Cr, Ru, Rh, Os, Ir, 및 Hf로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함할 수도 있다. 일 실시예에 있어서, 연료는 추가적인 가연성 독물질(poison), 예컨대 붕소, 가돌리늄, 또는 인듐을 포함할 수도 있다.The fuel may comprise any fissile material. The fissile material may comprise a metal and / or a metal alloy. In one embodiment, the fuel may be a metal fuel. It is understood that metal fuels can provide a relatively high heavy metal load and excellent neutron economy, which is desirable for a breed-and-bum process in nuclear cracking reactions. Depending on the application, the fuel may comprise at least one element selected from U, Th, Am, Np and Pu. The term " element " when referring to chemical symbols herein may refer to an element identified in the periodic table, which should not be confused with the " element " In one embodiment, the fuel may comprise at least about 90 weight percent U, such as at least 95 weight percent, 98 weight percent, 99 weight percent, 99.5 weight percent, 99.9 weight percent, 99.99 weight percent, have. The fuel may further include a refractory material. The refractory material may include at least one element selected from Nb, Mo, Ta, W, Re, Zr, V, Ti, Cr, Ru, Rh, Os, Ir, . ≪ / RTI > In one embodiment, the fuel may comprise additional combustible poisons, such as boron, gadolinium, or indium.

금속 연료는 약 3 중량% 내지 약 10 중량%의 지르코늄과 합금을 형성하여, 조사(irradiation) 중에 합금을 치수 면에서 안정화시킬 수 있으며 클래딩의 저온 공융 손상 및 부식 손상을 방지할 수 있다. 나트륨 열 결합은 합금 연료와 클래팅 튜브의 내측 벽 사이에 존재하는 간격을 채워 연료 팽윤을 허용하고 효율적인 열 전달을 제공하는데, 이에 의해 연료 온도는 낮게 유지될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 개별적인 연료 요소(11)는 클래딩 튜브의 둘레 주위에 나선으로 감겨 있는 약 0.8 mm의 직경 내지 약 1.6 mm의 직경을 갖는 얇은 와이어(12)를 구비하여, 연료 조립체(18 및 20)의 하우징 내에 있는 개별적인 연료 요소의 기계적인 분리 및 냉각제 공간을 제공할 수 있다(또한 냉각제 덕트로서의 역할을 함). 일 실시예에 있어서, 경험적 데이터에 의해 암시되는 바와 같은 그 조사 성능(irradiation performance) 때문에 페라이트-마르텐사이트 강으로부터 클래딩(13) 및/또는 와이어 랩(12, wire wrap)이 제작될 수 있다.The metal fuel forms an alloy with about 3 wt.% To about 10 wt.% Zirconium to stabilize the alloy in size during irradiation, and can prevent low temperature eutectic damage and corrosion damage of the cladding. The sodium thermal bond fills the gaps that exist between the alloy fuel and the inner wall of the clutting tube to allow fuel swelling and provide efficient heat transfer, thereby keeping the fuel temperature low. In one embodiment, the individual fuel element 11 has a thin wire 12 having a diameter of about 0.8 mm to about 1.6 mm that is helically wrapped around the circumference of the cladding tube so that the fuel assembly 18 and / 20) and provide a coolant space (also acting as a coolant duct). In one embodiment, the cladding 13 and / or the wire wrap 12 may be fabricated from the ferrite-martensitic steel due to its irradiation performance as implied by the empirical data.

연료 요소Fuel element

동력 발생용 반응로의 연료 조립체에 있는 “연료 요소”, 예컨대 도 1a 및 도 1b에 도시된 요소(11)는 일반적으로 원통형 막대의 형태를 취할 수 있다. 연료 요소는 동력 발생용 반응로의 일부일 수 있는데, 이러한 반응로는 핵 발전소의 일부일 수 있다. 용례에 따라, 연료 요소는 그 길이 및 직경과 관련하여 임의의 적절한 치수를 가질 수 있다. 연료 요소는 클래딩 층(13) 및 이 클래딩 층(13)에 대해 내측에 배치되는 연료(14)를 포함할 수 있다. 핵 반응로의 경우에 있어서, 연료는 핵 연료를 포함할 수도 있다(핵 연료일 수도 있음). 일 실시예에 있어서, 핵 연료는 환형 핵 연료일 수도 있다. 연료 요소는 핵 연료(14)와 클래딩 층(13) 사이에 배치되는 라이너(liner)를 추가로 포함할 수도 있다. 상기 라이너는 다수의 층을 포함할 수도 있다.The " fuel element " in the fuel assembly of the power generating reaction furnace, for example the element 11 shown in Figs. 1A and 1B, can take the form of a generally cylindrical rod. The fuel element can be part of a power generation reactor, which can be part of a nuclear power plant. Depending on the application, the fuel element may have any suitable dimension in relation to its length and diameter. The fuel element may comprise a cladding layer 13 and fuel 14 disposed inside thereof relative to the cladding layer 13. In the case of a nuclear reactor, the fuel may comprise a nuclear fuel (which may be a nuclear fuel). In one embodiment, the nuclear fuel may be a cyclic nuclear fuel. The fuel element may further comprise a liner disposed between the nuclear fuel 14 and the cladding layer 13. The liner may comprise a plurality of layers.

연료는 임의의 기하학적 형상을 가질 수도 있다. 일 실시예에 있어서, 연료는 환형의 기하학적 형상을 가질 수도 있다. 이러한 실시예에 있어서, 환형 형태의 연료는 특정 수준의 범-업(bum-up)도 이후에 바람직한 수준의 연료 밀도가 달성되게 할 수 있다. 또한, 이러한 환형 구성은 연료와 클래딩 사이의 압축 힘을 유지하여 열 전달을 촉진시킬 수도 있다. 연료는 용례에 따라 다양한 특성을 갖도록 구성될 수도 있다. 예를 들면, 연료는 임의의 수준의 밀도를 가질 수도 있다. 일 실시예에 있어서, (우라늄을 포함하는 연료의 경우) 가능한 이론적 밀도의 우라늄에 근접한 것과 같이 높은 밀도의 연료를 갖는 것이 바람직하다. 다른 실시예에 있어서, 높은 공극율(낮은 밀도)을 가지면, 조사 중에 추가적인 내부 보이드의 형성을 방지할 수도 있어서, 핵 연료의 작동 중에 클래딩과 같은 구조 재료에 대한 연료 압력을 감소시키게 된다. The fuel may have any geometric shape. In one embodiment, the fuel may have an annular geometric shape. In this embodiment, the fuel in the annular form can cause a desired level of fuel density to be achieved after a certain level of bum-up. Such an annular configuration may also maintain the compressive force between the fuel and the cladding to promote heat transfer. The fuel may be configured to have various characteristics depending on the application. For example, the fuel may have an arbitrary level of density. In one embodiment, it is desirable to have a fuel of high density, such as near uranium of the theoretical density possible (in the case of fuel containing uranium). In another embodiment, having a high porosity (low density) may prevent the formation of additional internal voids during irradiation, thereby reducing the fuel pressure on the structural material, such as cladding, during operation of the nuclear fuel.

클래딩 층(13)을 위한 클래딩 재료는 용례에 따라 임의의 적절한 재료를 포함할 수도 있다. 일 실시예에 있어서, 클래딩 층(13)은 금속, 금속 합금, 및 세라믹으로부터 선택된 적어도 하나의 재료를 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 클래딩 층(13)은 Nb, Mo, Ta, W, Re, Zr, V, Ti, Cr, Ru, Rh, Os, Ir, Nd, 및 Hf로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하는 내화 금속과 같은 내화 재료를 포함할 수도 있다. 다른 실시예에 있어서, 클래딩 재료는 세라믹 재료, 예컨대 실리콘 탄화물 또는 알루미늄 산화물(알루미나)로부터 선택될 수도 있다.The cladding material for the cladding layer 13 may comprise any suitable material depending on the application. In one embodiment, the cladding layer 13 may comprise at least one material selected from metals, metal alloys, and ceramics. In one embodiment, the cladding layer 13 comprises at least one element selected from Nb, Mo, Ta, W, Re, Zr, V, Ti, Cr, Ru, Rh, Os, Ir, Nd, Or a refractory material such as a refractory metal, which may be included. In another embodiment, the cladding material may be selected from a ceramic material, such as silicon carbide or aluminum oxide (alumina).

클래딩 층(13)에서의 금속 합금은, 예시적인 일 실시예에 있어서, 강(steel)일 수도 있다. 상기 강은 오스테나이트 강, 페라이트-마르텐사이트 강, 산화물 분산형 강, T91 강, T92 강, HT9 강, 316 강, 및 304 강으로부터 선택될 수도 있다. 상기 강은 임의의 유형의 미세 구조를 가질 수도 있다. 예를 들면, 상기 강은 마르텐사이트 상, 페라이트 상, 및 오스테나이트 상 중 적어도 하나를 포함할 수도 있다. 일 실시예에 있어서, 실질적으로 모든 강은 마르텐사이트 상, 페라이트 상, 및 오스테나이트 상으로부터 선택되는 적어도 하나의 상을 갖는다. 용례에 따라, 상기 미세 구조는 구체적인 상(또는 구체적인 상들)을 갖도록 구성될 수 있다. 클래딩 층(13)은 이하에서 설명하는 바와 같은 철계 조성물을 포함할 수도 있다.The metal alloy in the cladding layer 13 may be steel in an exemplary embodiment. The steel may be selected from austenite steel, ferrite-martensitic steel, oxide-dispersed steel, T91 steel, T92 steel, HT9 steel, 316 steel, and 304 steel. The steel may have any type of microstructure. For example, the steel may comprise at least one of a martensite phase, a ferrite phase, and an austenite phase. In one embodiment, substantially all of the steels have at least one phase selected from a martensite phase, a ferrite phase, and an austenite phase. Depending on the application, the microstructure may be configured to have specific phases (or specific phases). The cladding layer 13 may comprise an iron-based composition as described below.

연료 요소의 구성요소의 적어도 일부는 접합될 수도 있다. 이러한 접합은 물리적(예컨대, 기계적)일 수도 있고 화학적일 수도 있다. 일 실시예에 있어서, 핵 연료 및 클래딩은 기계적으로 접합된다. 일 실시예에 있어서, 제1 층 및 제2 층은 기계적으로 접합된다.At least a portion of the components of the fuel element may be joined. Such bonding may be physical (e.g., mechanical) or chemical. In one embodiment, the nuclear fuel and cladding are mechanically bonded. In one embodiment, the first and second layers are mechanically bonded.

철계Iron-based 조성물 Composition

본원에서는 일 실시예에 있어서 금속을 포함하는 조성물이 제시된다. 상기 금속은 금속, 금속 합금, 및 금속간 조성물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 금속은 철을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 상기 조성물은 철계 조성물을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 용어 “X계” 조성물은, 상당한 양의 원소 X(예컨대, 금속 원소)를 포함하는 조성물을 가리킬 수 있다. 상기 상당한 양이란, 예컨대, 적어도 30%, 예를 들어 적어도 40%, 적어도 50%, 적어도 60%, 적어도 70%, 적어도 80%, 적어도 90%, 적어도 95%, 적어도 99%, 또는 그 이상일 수 있다. 본원에서의 백분율은 문맥에 따라 중량% 또는 체적%(원자%)를 가리킬 수 있다. 일 실시예에 있어서, 철계 조성물은 강을 포함할 수 있다.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION In this application, a composition comprising a metal is presented in one embodiment. The metal may comprise at least one of a metal, a metal alloy, and an intermetallic composition. In one embodiment, the metal comprises iron. In one embodiment, the composition comprises an iron-based composition. In one embodiment, the term " X-based " composition may refer to a composition comprising a substantial amount of element X (e.g., a metal element). Such a substantial amount may be, for example, at least 30%, such as at least 40%, at least 50%, at least 60%, at least 70%, at least 80%, at least 90%, at least 95%, at least 99% have. Percentages herein may refer to weight percent or volume percent (atomic%), depending on the context. In one embodiment, the iron-based composition may comprise steel.

본원에서 설명되는 조성물은 핵 연료 요소의 구성요소, 예컨대 핵 연료 요소의 클래딩 재료로서 채용될 수 있다. 그러나, 금속 함유 조성물은 클래딩 재료로 한정될 필요는 없으며, 이러한 조성물이 채용될 수 있는 어느 경우에나 채용될 수 있다. 예를 들면, 일 실시예에서는, 화학 조성식 (Fe)a(Cr)b(M)c로 표시되는 조성물이 제시되는데, 여기서 a, b, 및 c는 각각 중량%를 나타내는 0보다 큰 수이고, 맥락에 따라 이들 수는 대안으로 체적%를 나타낼 수도 있다. 일 실시예에 있어서, b는 11 내지 12이며, c는 약 0.25 내지 약 0.9이고, a는 잔량이다. 일 실시예에 있어서, 상기 조성물은 약 0.005 중량% 내지 약 0.05 중량%의 질소(“N”), 예컨대 약 0.01 중량% 내지 약 0.04 중량%, 약 0.01 중량% 내지 약 0.03 중량%, 약 0.02 중량% 내지 약 0.03 중량% 등의 질소를 적어도 포함한다. 원소 M은 적어도 하나의 전이 금속 원소를 나타낼 수 있다. 이러한 철계 조성물에서의 원소 M은 주기율표에서 확인되는 임의의 전이 금속 원소(예컨대, 주기율표의 3족 내지 12족에 있는 원소)일 수도 있다. 일 실시예에 있어서, M은 Mo, Ni, Mn, W, 및 V 중 적어도 하나를 나타낸다.The composition described herein may be employed as a component of a nuclear fuel element, such as a cladding material of a nuclear fuel element. However, the metal-containing composition need not be limited to a cladding material, and can be employed in any case where such a composition can be employed. For example, in one embodiment, a composition represented by the chemical formula (Fe) a (Cr) b (M) c is presented wherein a, b, and c are each a number greater than 0, Depending on context, these numbers may represent volume percent as an alternative. In one embodiment, b is from 11 to 12, c is from about 0.25 to about 0.9, and a is the balance. In one embodiment, the composition comprises about 0.005 wt.% To about 0.05 wt.% Nitrogen ("N") such as about 0.01 wt.% To about 0.04 wt.%, About 0.01 wt.% To about 0.03 wt. % To about 0.03% by weight of nitrogen. The element M may represent at least one transition metal element. The element M in this iron-based composition may be any transition metal element identified in the periodic table (for example, an element in groups 3 to 12 of the periodic table). In one embodiment, M represents at least one of Mo, Ni, Mn, W, and V.

다른 실시예에 있어서, 상기 조성물은 강 조성물을 포함하는 철계 조성물을 포함할 수도 있고, 상기 철계 조성물일 수도 있다. 상기 조성물은 화학 조성식 (Fe)a(Cr)b(Mo, Ni, Mn, W, V)c로 표시될 수 있는데, 여기서 a, b, 및 c는 각각 중량%를 나타내는 0보다 큰 수이며, 맥락에 따라 상기 수는 대안으로 체적%를 나타낼 수도 있다. 일 실시예에 있어서, 숫자 b는 11 내지 12이며, c는 약 0.25 내지 약 0.9이고, a는 잔량이다. 일 실시예에 있어서, 상기 조성물은 약 0.01 중량% 내지 약 0.04 중량%의 N을 포함한다.In another embodiment, the composition may comprise an iron-based composition comprising a steel composition, or may be the iron-based composition. The composition may be represented by the chemical composition formula (Fe) a (Cr) b (Mo, Ni, Mn, W, V) c wherein a, b and c are each a number greater than 0, Depending on the context, the number may alternatively represent volume percent. In one embodiment, the number b is from 11 to 12, c is from about 0.25 to about 0.9, and a is the remainder. In one embodiment, the composition comprises about 0.01% to about 0.04% N by weight.

상기 조성물은 적어도 하나의 추가 원소를 포함할 수도 있다. 상기 추가 원소는 비금속 원소일 수도 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 비금속 원소는 Si, S, C, 및 P로부터 선택되는 적어도 하나의 원소일 수도 있다. 상기 추가 원소는 Cu, Cr, Mo, Mn, V, W, Ni 등을 비롯한 금속 원소일 수도 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 조성물은, Cr(약 10 중량% 내지 약 12.5 중량%); C(약 0.17 중량% 내지 약 0.22 중량%); Mo(약 0.80 중량% 내지 약 1.2 중량%); Si(약 0.5 중량% 이하); Mn(약 1.0 중량% 이하); V(약 0.25 중량% 내지 약 0.35 중량%); W(약 0.40 중량% 내지 약 0.60 중량%); P(약 0.03 중량% 이하); S(약 0.3 중량% 이하)를 더 포함한다. 다른 실시예에 있어서, 상기 조성물은 약 0.3 중량% 내지 0.7 중량%의 Ni를 더 포함한다. 다른 실시예에 있어서, 상기 조성물은 Cr(약 11.5 중량%); C(약 0.20 중량%); Mo(약 0.90 중량%); Ni(약 0.55 중량%); Mn(약 0.65 중량%); V(약 0.30 중량%); W(약 0.50 중량%); Si(약 0.20 중량%); N(약 0.02 중량%)을 더 포함한다. 다른 원소가 또한 임의의 적절한 양으로 존재할 수 있다. 일부 경우에 있어서, 특정한 우발적 불순물이 존재할 수도 있다.The composition may comprise at least one additional element. The additional element may be a non-metallic element. In one embodiment, the non-metallic element may be at least one element selected from Si, S, C, and P. The additional element may be a metal element including Cu, Cr, Mo, Mn, V, W, Ni and the like. In one embodiment, the composition comprises Cr (from about 10 wt% to about 12.5 wt%); C (about 0.17 wt% to about 0.22 wt%); Mo (about 0.80 wt% to about 1.2 wt%); Si (up to about 0.5% by weight); Mn (about 1.0% or less by weight); V (about 0.25 wt% to about 0.35 wt%); W (about 0.40 wt% to about 0.60 wt%); P (about 0.03 wt% or less); S (about 0.3% by weight or less). In another embodiment, the composition further comprises about 0.3% to 0.7% Ni by weight. In another embodiment, the composition comprises Cr (about 11.5 wt%); C (about 0.20 wt%); Mo (about 0.90 wt%); Ni (about 0.55 wt%); Mn (about 0.65 wt%); V (about 0.30 wt%); W (about 0.50 wt%); Si (about 0.20 wt%); N (about 0.02% by weight). Other elements may also be present in any suitable amount. In some cases, certain accidental impurities may also be present.

상기 조성물은, 맞춤형 미세구조를 포함하는 강 조성물을 포함한 철계 조성물을 포함할 수 있다. 예를 들면, 본원에서 제시되는 상기 조성물은 소량의 델타 페라이트 상(delta-ferrite phase)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 조성물은 적어도 실질적으로 델타 페라이트가 없다. 다른 실시예에 있어서, 상기 조성물은 델타 페라이트가 전혀 없다. 페라이트 상 대신에, 상기 조성물은 마르텐사이트 상(예컨대, 템퍼링된 마르텐사이트)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 조성물의 실질적으로 전체는 마르텐사이트 상을 나타낸다. 다른 실시예에 있어서, 상기 조성물의 전체는 완전히 마르텐사이트 상을 나타낸다. 이하에서 설명되는 바와 같이, (예컨대, 페라이트 상의 형성을 완화시키기 위해) 미세구조를 맞춤화하는 한 가지 기법은 본원에 제시되는 범위 내에서 질소의 함량을 조절하는 것일 수 있다. 본원에서의 상기 완화는 저감 및/또는 예방을 의미할 수는 있지만 완전한 제거를 의미하는 것은 아니다.The composition may comprise an iron-based composition comprising a steel composition comprising a tailor-made microstructure. For example, the composition presented herein may comprise a small amount of delta-ferrite phase. In one embodiment, the composition is at least substantially free of delta ferrite. In another embodiment, the composition has no delta ferrite at all. Instead of the ferrite phase, the composition may comprise a martensitic phase (e.g., tempered martensite). In one embodiment, substantially all of the composition represents a martensite phase. In another embodiment, the entire composition exhibits a completely martensitic phase. As described below, one technique for tailoring the microstructure (e.g., to mitigate the formation of ferrite phases) may be to adjust the nitrogen content within the ranges provided herein. Said mitigation herein may mean mitigation and / or prevention, but does not mean complete removal.

상기 상을 포함하는 미세구조는 크롬당량 면에서 설명될 수도 있다. 일 실시예에 있어서, 크롬당량(“Creq”)은 스테인레스 강, 용접 금속의 상들의 평가를 위한 구성 다이어그램에 도시되는 페라이트 형성 요소들의 합이며, 다양한 식으로부터 계산된다. 일부 경우에 있어서, 크롬당량은 니켈당량과 함께 사용될 수도 있는데, 니켈당량은 오스테나이트 형성 요소들의 합이다. 상기 식은 적어도 재료의 화학적 특징에 따라, 임의의 적절한 식일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 식은 크롬당량과 니켈당량 사이의 차이에 해당하는 순 크롬당량(net Creq)으로 표현될 수도 있다. Net Creq (중량%) = (%Cr) + 6(%Si) + 4(%Mo) + 11(%V) + 5(%Nb) + 1.5(%W) + 8(%Ti) + 12(%Al) - 4(%Ni) - 2(%Co) - 2(%Mn) - (%Cu) - 40(%C) - 30(%N). 일 실시예에 있어서, 본원에서 설명되는 조성물은 약 10 이하의 Creq를 나타낼 수도 있고, 예컨대 약 9 이하, 8 이하, 7 이하, 6 이하, 5 이하, 4 이하, 3 이하, 2 이하, 또는 그 이하의 Creq를 나타낼 수 있다. 일 실시예에 있어서, Creq는 페라이트의 형성을 완화시키기 위해 9 미만으로 유지될 수도 있다. 위 식에 기초하여, N 함량은 Creq의 값에서 중요한 역할을 할 수 있으며, 이에 따라 페라이트 형성(또는 페라이트의 결여)에 중요한 역할을 할 수 있다. The microstructure comprising the phase may be described in terms of chromium equivalence. In one embodiment, the chromium equivalent (" Cr eq ") is the sum of the ferrite forming elements shown in the configuration diagram for evaluation of phases of stainless steel, weld metal, and is calculated from various formulas. In some cases, chromium equivalents may be used with nickel equivalents, where the nickel equivalents are the sum of the austenite forming elements. The formula can be any suitable formula, at least depending on the chemical characteristics of the material. In one embodiment, the equation may be expressed in net chrome equivalents (net Cr eq ) corresponding to the difference between chromium equivalents and nickel equivalents. Net Cr eq (wt%) = (% Cr) + 6 (% Si) + 4 (% Mo) + 11 (% V) + 5 (% Nb) + 1.5 (% W) + 8 (% Ti) + 12 (% Al) - 4 (% Ni) - 2 (% Co) - 2 (% Mn) - (% Cu) - 40 (% C) - 30 (% N). In one embodiment, the compositions described herein may represent Cr eq of about 10 or less, such as about 9 or less, 8 or less, 7 or less, 6 or less, 5 or less, 4 or less, 3 or less, 2 or less, or A Cr eq of less than that can be shown. In one embodiment, Cr eq may be kept below 9 to mitigate the formation of ferrite. Based on the above equation, the N content can play an important role in the value of Cr eq and thus play an important role in ferrite formation (or lack of ferrite).

적어도 부분적으로 상기 미세구조로 인해, 본원에서 설명되는 조성물은 맞춤형 재료 특성을 나타낼 수 있다. 예를 들면, 상기 조성물은 높은 열적 안정성을 나타낼 수 있다. 일 실시예에서의 일 조성물의 열적 안정성이란, 높은 온도에서 다른 상으로의 분해(또는 해리)에 대해 상기 조성물의 특정 상이 견디는 것을 지칭할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 본원에 설명되는 조성물은 섭씨 약 500 도 이상의 온도에서 실질적으로 열적으로 안정하며, 예컨대 섭씨 약 550 도 이상, 섭씨 약 600 도 이상, 또는 그 이상의 온도에서 실질적으로 열적으로 안정하다.Due to the microstructure at least in part, the compositions described herein can exhibit tailored material properties. For example, the composition may exhibit high thermal stability. The thermal stability of one composition in one embodiment may refer to the ability of a particular phase of the composition to withstand decomposition (or dissociation) from high temperature to another. In one embodiment, the compositions described herein are substantially thermally stable at temperatures of about 500 degrees Celsius or more, and are substantially thermally stable at temperatures of, for example, about 550 degrees Celsius, about 600 degrees Celsius or more .

본원에 제시되는 조성물은 추가적인 상(들) 또는 재료(들)를 포함할 수도 있다. 예를 들면, 상기 조성물이 탄소를 포함하는 경우에 있어서, 탄소 원소는 탄화물의 형태로 존재할 수도 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 조성물은, 상기 조성물 내에 실질적으로 균일하게 분포되는 탄화물을 포함할 수도 있다. 상기 탄화물은 용례에 따라 임의의 적절한 크기를 가질 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 탄화물은 약 2 마이크로미터 이하의 크기를 나타낼 수도 있고, 예컨대 약 1 마이크로미터 이하, 0.5 마이크로미터 이하, 0.2 마이크로미터 이하, 0.1 마이크로미터 이하, 또는 그 이하의 크기를 나타낼 수 있다.The compositions presented herein may include additional phase (s) or material (s). For example, where the composition comprises carbon, the carbon element may be present in the form of a carbide. In one embodiment, the composition may comprise a carbide substantially uniformly distributed within the composition. The carbide may have any suitable size depending on the application. In one embodiment, the carbide may exhibit a size of less than about 2 micrometers, for example less than about 1 micrometer, less than 0.5 micrometer, less than 0.2 micrometer, less than 0.1 micrometer, or less .

철계Iron-based 조성물의 제조/이용 방법 Method of making / using composition

본원에서 설명되는 철계 조성물 및 이 조성물을 포함하는 연료 요소는 다양한 기법에 의해 제작될 수 있다. 상기 철계 조성물은 본원에서 설명되는 임의의 조성물일 수 있다. 예를 들면, 상기 조성물은 강을 포함할 수도 있다. 다른 실시예에서는, 본원에서 설명되는 방법에 의해 제조되는 관형 구조를 갖는 연료 요소가 제시된다. 예를 들어, 도 2a를 참고하면, 일 실시예에 있어서 조성물의 제조 방법이 제시되는데, 상기 제조 방법은, 철계 조성물의 적어도 일부가 오스테나이트 상으로 변형되는 제1 조건 하에서 제1 온도로 철계 조성물을 포함하는 재료를 열처리하는 단계(단계 201); 철계 조성물의 적어도 일부가 마르텐사이트 상으로 변형되는 제2 조건 하에서 소정 냉각 속도로 제2 온도까지 재료를 냉각시키는 단계(단계 202); 탄화물이 침전되는 제3 조건 하에서 제3 온도로 재료를 열처리하는 단계(단계 203)를 포함한다. 일 실시예에 있어서, 단계 201 및 단계 202는 함께 노멀라이제이션(normalization)으로 불릴 수도 있는 반면, 단계 203은 템퍼링이라 불릴 수도 있다.The iron-based compositions described herein and the fuel elements comprising the compositions can be made by a variety of techniques. The iron-based composition may be any of the compositions described herein. For example, the composition may comprise steel. In another embodiment, a fuel element having a tubular structure made by the method described herein is presented. For example, referring to FIG. 2A, a method of making a composition in one embodiment is shown, wherein the method comprises: preparing a composition comprising iron-based compositions at a first temperature under a first condition in which at least a portion of the iron- (Step 201); Cooling the material to a second temperature at a predetermined cooling rate under a second condition in which at least a portion of the iron-based composition is transformed into a martensite phase (step 202); And heat treating the material to a third temperature under a third condition in which the carbide precipitates (step 203). In one embodiment, step 201 and step 202 may together be referred to as normalization, while step 203 may be referred to as tempering.

상기 제1 온도는 제1 조건에 적절한 임의의 온도일 수 있다. 일례에 있어서, 상기 제1 온도는 조성물의 오스테나이트화 온도, 즉 철계 조성물의 실질적으로 모든 페라이트 상이 오스테나이트 상으로 변형되는 온도보다 높을 수 있다. 상기 오스테나이트화 온도는 재료의 화학적 특성에 따라 변한다. 일 실시예에 있어서, 상기 제1 온도는 섭씨 약 900 도 내지 섭씨 약 1200 도, 예컨대 섭씨 약 1000 도 내지 섭씨 약 1150 도, 섭씨 약 1025 도 내지 섭씨 약 1100 도 등이다. 상기 제1 온도는 재료에 따라 섭씨 1200 초과 또는 섭씨 900 도 미만일 수도 있다.The first temperature may be any temperature suitable for the first condition. In one example, the first temperature may be higher than the austenitizing temperature of the composition, i.e., the temperature at which substantially all of the ferrite phase of the iron-based composition is transformed into the austenite phase. The austenitizing temperature varies depending on the chemical characteristics of the material. In one embodiment, the first temperature is about 900 degrees Celsius to about 1200 degrees Celsius, such as about 1000 degrees Celsius to about 1150 degrees Celsius, about 1025 degrees Celsius to about 1100 degrees Celsius, and the like. The first temperature may be greater than 1200C or less than 900C, depending on the material.

도 2b를 참고하면, 상기 제1 온도에서의 열처리 프로세스는 제1 온도로 재료를 가열하는 단계(단계 204)를 더 포함할 수 있다. 제1 온도에서의 열처리는 관련된 재료에 따라 임의의 적절한 길이의 시간 동안 행해질 수 있다. 상기 시간은, 균일한 오스테나이트 고용체의 형성을 촉진하기에 충분히 길게 되도록 조정될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 열처리는 적어도 약 3분, 예컨대 적어도 4 분, 5 분, 15 분, 20 분, 30 분, 60 분, 90 분, 120 분, 150 분, 180 분 또는 그 이상 동안 행해질 수 있다. 또한, 이보다 긴 시간 또는 짧은 시간이 가능하다. 일 실시예에 있어서, 제1 온도에서의 열처리는 약 1 분 내지 약 200 분 사이에서, 예컨대 약 2분 내지 약 150 분, 약 3 분 내지 약 120 분 약 5 분 내지 약 60 분 또는 기타 등등의 시간 동안 행해질 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제1 온도에서의 열처리 중에(예컨대, 열처리의 종료 시에), 철계 조성물의 적어도 일부는 오스테나이트 상으로 변형된다. 일 실시예에 있어서, 상기 조성물의 실질적으로 전체는 오스테나이트 상으로 변형된다. 다른 실시예에 있어서, 상기 조성물의 전체는 완전히 오스테나이트 상으로 변형된다. 일 실시예에 있어서, 상기 제1 조건은 철계 조성물의 델타 페라이트 상의 형성을 완화시킨다. 다른 실시예에 있어서, 상기 제1 조건은 실질적으로 모든 철계 조성물이 오스테나이트 상으로 변형되는 것을 촉진시킨다.Referring to FIG. 2B, the heat treatment process at the first temperature may further include heating the material to a first temperature (step 204). The heat treatment at the first temperature may be done for a time of any suitable length depending on the material involved. The time may be adjusted to be long enough to facilitate the formation of a uniform austenite solid solution. In one embodiment, the heat treatment is performed for at least about 3 minutes, such as at least 4 minutes, 5 minutes, 15 minutes, 20 minutes, 30 minutes, 60 minutes, 90 minutes, 120 minutes, 150 minutes, 180 minutes, . In addition, longer or shorter times are possible. In one embodiment, the heat treatment at the first temperature may be carried out at a temperature between about 1 minute and about 200 minutes, such as between about 2 minutes and about 150 minutes, between about 3 minutes and about 120 minutes, and between about 5 minutes and about 60 minutes, Time. In one embodiment, during the heat treatment at the first temperature (e.g., at the end of the heat treatment), at least a portion of the iron-based composition is transformed into an austenite phase. In one embodiment, substantially all of the composition is transformed into an austenite phase. In another embodiment, the entire composition is completely transformed into an austenite phase. In one embodiment, the first condition alleviates formation of a delta ferrite phase of the iron-based composition. In another embodiment, the first condition promotes substantially all of the iron-based composition being transformed into an austenite phase.

도 2c를 참고하면, 제1 온도에서의 열처리 프로세스(단계 201)는, (탄화물이 재료의 철계 조성물 내에 존재하는 경우) 탄화물의 적어도 실질적으로 전부를 용해시키는 단계(단계 205)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2C, the heat treatment process (step 201) at the first temperature may further comprise dissolving at least substantially all of the carbide (step 205) (if the carbide is present in the iron-based composition of the material) have.

단계 202에서의 제2 온도는 제2 조건에 적절한 임의의 온도일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 제2 온도는 섭씨 60 도 이하, 예컨대 섭씨 50 도 이하, 섭씨 40 도 이하, 섭씨 30 도 이하, 섭씨 20 도 이하, 섭씨 10 도 이하, 또는 그 이하이다. 일 실시예에 있어서, 상기 제2 온도는 대략 실온이다(예컨대, 섭씨 20 도). 냉각은 임의의 적절한 기법을 통해 행해질 수 있다. 일 실시예에 있어서, 냉각은 공기 및 액체 중 적어도 하나에 의한 냉각을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 상기 제2 조건은 실질적으로 모든 철계 조성물이 마르텐사이트 상으로 변형되는 것을 촉진시킨다. 예를 들면, 상기 냉각은, 냉각 중에(예컨대, 처리의 종료 시에) 철계 조성물의 적어도 일부가 마르텐사이트 상으로 변형되도록 하기에 적절한 속도로 행해질 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 속도는, 실질적으로 모든 조성물이 마르텐사이트 상으로 변형되도록 하기에 충분히 빠르다. 다른 실시예에 있어서, 상기 속도는, 전체 조성물이 완전히 마르텐사이트 상으로 변형되도록 하기에 충분히 빠르다. 일 실시예에 있어서, 냉각의 종료 시에 조성물에는 페라이트 상 및 오스테나이트 상으로부터 선택되는 적어도 하나의 상이 실질적으로 존재하지 않는다. 일 실시예에 있어서, 냉각의 종료 시에 조성물에는 페라이트 상 및 오스테나이트 상으로부터 선택되는 적어도 하나의 상이 전혀 존재하지 않는다.The second temperature in step 202 may be any temperature suitable for the second condition. In one embodiment, the second temperature is less than or equal to 60 degrees Celsius, such as less than or equal to 50 degrees Celsius, less than or equal to 40 degrees Celsius, less than or equal to 30 degrees Celsius, less than or equal to 20 degrees Celsius, less than or equal to 10 degrees Celsius. In one embodiment, the second temperature is about room temperature (e.g., 20 degrees Celsius). Cooling can be done through any suitable technique. In one embodiment, cooling includes cooling by at least one of air and liquid. In one embodiment, the second condition promotes substantially all of the iron-based composition to be transformed into a martensite phase. For example, the cooling may be done at a suitable rate to allow at least a portion of the iron-based composition to deform into a martensite phase during cooling (e.g., at the end of the treatment). In one embodiment, the rate is fast enough to allow substantially all of the composition to transform into a martensite phase. In another embodiment, the rate is fast enough to allow the entire composition to be completely transformed into a martensite phase. In one embodiment, at the end of cooling, the composition is substantially free of at least one phase selected from a ferrite phase and an austenite phase. In one embodiment, at the end of cooling, the composition contains no at least one phase selected from a ferrite phase and an austenite phase.

단계 203에서의 상기 제3 온도는 제3 조건에 적절한 임의의 온도일 수 있다. 상기 제3 온도는 오스테나이트가 형성되기 시작하는 오스테나이트 형성 개시 온도보다 낮을 수 있는데, 상기 오스테나이트 형성 개시 온도보다 높은 온도에서 오스테나이트가 형성되기 시작한다. 일 실시예에 있어서, 상기 제3 온도는 제1 온도보다 낮을 수도 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 제3 온도는 적어도 섭씨 500 도, 예컨대 적어도 섭씨 550 도, 섭씨 600 도, 섭씨 650 도, 섭씨 700 도, 섭씨 750 도, 섭씨 800 도, 섭씨 850 도, 섭씨 900 도, 또는 이보다 높은 온도이다. 일 실시예에 있어서, 상기 제3 온도는 섭씨 약 500 도 내지 섭씨 약 900 도, 예컨대 섭씨 약 550 도 내지 섭씨 약 850 도, 섭씨 약 600 도 내지 섭씨 약 800 도, 섭씨 약 650 도 내지 섭씨 약 780 도, 섭씨 약 700 도 내지 섭씨 약 750 도 등이다. 이보다 높은 온도 또는 낮은 온도가 또한 가능하다. 상기 제3 온도는, 탄화물을 침전시키고 탄화물에 높은 열적 안정성을 부여하기에 충분히 높을 수 있지만, 탄화물 밀도가 높게 되도록 그리고 탄화물 크기가 보이드 팽윤 저항을 위한 균일한 탄화물 분포를 나타내도록 하기에 충분히 낮을 수 있다.The third temperature in step 203 may be any temperature suitable for the third condition. The third temperature may be lower than the austenite formation start temperature at which the austenite starts to be formed, and austenite starts to be formed at a temperature higher than the austenite formation start temperature. In one embodiment, the third temperature may be lower than the first temperature. In one embodiment, the third temperature is at least 500 degrees Celsius, such as at least about 550 degrees Celsius, about 600 degrees Celsius, about 650 degrees Celsius, about 700 degrees Celsius, about 750 degrees Celsius, about 800 degrees Celsius, about 850 degrees Celsius, about 900 degrees Celsius, Or higher. In one embodiment, the third temperature is from about 500 degrees Celsius to about 900 degrees Celsius, such as from about 550 degrees Celsius to about 850 degrees Celsius, from about 600 degrees Celsius to about 800 degrees Celsius, from about 650 degrees Celsius to about 780 degrees Celsius About 700 degrees Celsius to about 750 degrees Celsius. Higher or lower temperatures are also possible. The third temperature may be high enough to precipitate the carbide and confer high thermal stability on the carbide, but may be low enough so that the carbide density is high and the carbide size exhibits a uniform carbide distribution for the void swelling resistance have.

도 2d를 참고하면, 상기 제3 온도에서의 열처리는 제3 온도로 재료를 가열하는 단계(단계 206)를 더 포함할 수 있다. 제3 온도에서의 열처리는 관련된 재료에 따라 임의의 적절한 길이의 시간 동안 행해질 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제3 온도에서의 열처리는 약 0.1 시간 내지 약 5 시간 동안, 예컨대 약 0.2 시간 내지 약 4 시간, 약 0.5 시간 내지 약 3 시간, 약 1 시간 내지 약 2 시간 또는 기타 등등의 시간 동안 행해질 수도 있다. 이보다 더 긴 길이의 시간 또는 더 짧은 길이의 시간이 또한 가능하다. 일 실시예에 있어서, 상기 제3 조건은 철계 조성물의 페라이트 상 및/또는 오스테나이트 상의 형성을 완화시킬 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 조성물은 페라이트 상 및/또는 오스테나이트 상이 실질적으로 없다. 상기 열처리는 임의의 적절한 기법을 통해 행해질 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제3 온도에서의 열처리는 수직 가열로에서 행해진다.Referring to FIG. 2d, the heat treatment at the third temperature may further include heating the material to a third temperature (step 206). The heat treatment at the third temperature may be performed for a time of any suitable length depending on the material involved. In one embodiment, the heat treatment at the third temperature is carried out for a period of from about 0.1 hour to about 5 hours, such as from about 0.2 hour to about 4 hours, from about 0.5 hour to about 3 hours, from about 1 hour to about 2 hours, Lt; / RTI > Times longer than this or shorter times are also possible. In one embodiment, the third condition may alleviate the formation of the ferrite phase and / or the austenite phase of the iron-based composition. In one embodiment, the composition is substantially free of a ferrite phase and / or an austenite phase. The heat treatment may be done through any suitable technique. In one embodiment, the heat treatment at the third temperature is performed in a vertical furnace.

추가적인 프로세스(들)가 포함될 수 있다. 예를 들어, 도 2e를 참고하면, 상기 방법은 제3 온도로부터 제4 온도로 조성물을 냉각하는 단계(단계 207)를 더 포함할 수 있다. 상기 제4 온도는 제3 온도보다 낮을 수 있다. 예를 들어, 상기 제4 온도는 섭씨 60 도 이하, 예컨대 섭씨 50 도 이하, 섭씨 40 도 이하, 섭씨 30 도 이하, 섭씨 20 도 이하, 섭씨 10 도 이하, 또는 그 이하일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 제4 온도는 대략 실온이다(예컨대, 섭씨 20 도). 도 2f를 참고하면, 상기 방법은, 철계 조성물의 탄화물 상의 성장을 완화시키기 위해 재료의 철계 조성물에서 N의 중량%를 조절하는 단계(단계 208)를 더 포함할 수 있다.Additional process (s) may be included. For example, referring to FIG. 2E, the method may further comprise cooling the composition from a third temperature to a fourth temperature (step 207). The fourth temperature may be lower than the third temperature. For example, the fourth temperature may be less than or equal to 60 degrees Celsius, such as less than or equal to 50 degrees Celsius, less than or equal to 40 degrees Celsius, less than or equal to 30 degrees Celsius, less than or equal to 20 degrees Celsius, less than or equal to 10 degrees Celsius. In one embodiment, the fourth temperature is approximately room temperature (e.g., 20 degrees Celsius). Referring to FIG. 2F, the method may further comprise adjusting (step 208) the weight percent of N in the iron-based composition of the material to alleviate the growth of the carbide phase of the iron-based composition.

도 3a 내지 도 3c를 참고하면, 철계 조성물의 미세구조에 있어서의 차이가 도면에 제시되어 있다. 도 3a는, 통상적인 강에서, 덩어리진 델타 페라이트 알갱이, 템퍼링된 마르텐사이트 미세구조의 손실, 및 복잡한 탄화물 미세구조가 없는 다수의 알갱이를 나타내는 미세구조를 도시한 것이다. 도 3b는 개선된 미세구조를 도시하는 것인데, 여기서는 템퍼링된 마르텐사이트 알갱이에 보다 균일한 탄화물 미세구조가 존재하며, 상기 미세구조에는 여전히 약간의 작은 델타 페라이트 알갱이가 존재한다는 것에 주의하라. 도 3c는 본원에서 설명되는 프로세스를 거친 강 시료의 결과를 도시한 것이다. 이 도면은, 대부분의 알갱이 영역이 고밀도의 세밀하게 분포된 탄화물을 갖춘 상태에서 실질적으로 델타 페라이트가 없는 개선된 미세구조를 도시하고 있다.Referring to Figs. 3A to 3C, the difference in the microstructure of the iron-based composition is shown in the figure. Figure 3a shows the microstructure in a typical steel showing lumps of delta ferrite grains, loss of tempered martensite microstructure, and numerous grains without complex carbide microstructure. Figure 3b shows an improved microstructure, note that there is a more homogeneous carbide microstructure in the tempered martensite grains and still some small delta ferrite grains in the microstructure. Figure 3c shows the results of a steel sample subjected to the process described herein. This figure shows an improved microstructure in which most of the grain regions are substantially delta ferrite free in the presence of high density, finely distributed carbides.

다른 실시예는 대안적인 조성물 제조 방법을 제공한다. 도 4a를 참고하면, 상기 대안적인 조성물 제조 방법은, 재료가 냉간 인발, 냉간 압연, 및 전후진 반복(pilgering) 중 적어도 하나를 거치게 하는 단계(단계 401); 철계 조성물의 적어도 일부가 오스테나이트 상으로 변형되는 제1 조건 하에서 제1 온도로 철계 조성물을 포함하는 재료를 열처리하는 단계(단계 402); 철계 조성물의 적어도 일부가 마르텐사이트 상으로 변형되는 제2 조건 하에서 소정 냉각 속도로 제2 온도까지 재료를 냉각시키는 단계(단계 403); 탄화물이 침전되는 제3 조건 하에서 제3 온도로 재료를 열처리하는 단계(단계 404)를 포함한다.Another embodiment provides an alternative method of making a composition. Referring to FIG. 4a, the alternative method of making a composition includes the steps of (at step 401) passing the material through at least one of cold drawing, cold rolling, and pilgering; (Step 402) heat treating a material comprising the iron-based composition to a first temperature under a first condition in which at least a part of the iron-based composition is transformed into an austenite phase; Cooling the material to a second temperature at a predetermined cooling rate under a second condition in which at least a portion of the iron-based composition is transformed into a martensite phase (Step 403); And heat treating the material to a third temperature under a third condition in which the carbide precipitates (step 404).

단계 401에 있어서, 상기 재료는 냉간 작업되며, 냉간 인발, 냉각 압연, 및 전후진 반복은 상기 재료에 행해질 수 있는 프로세스의 단지 일부 예일 뿐이다. 냉간 작업의 한 가지 결과는, 재료의 치수가 원하는 값으로 변경될 수 있다는 것이다. 예를 들면, 상기 재료의 두께는 냉간 작업의 결과로 감소될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 두께에 있어서의 이러한 감소는 예컨대 적어도 5%일 수 있으며, 예컨대 적어도 10%, 15%, 20%, 25% 또는 그 이상일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 감소는 약 5% 내지 약 20%이며, 예컨대 약 8% 내지 약 16%, 약 10% 내지 약 15% 등이다. 이보다 더 큰 값 또는 더 작은 값이 또한 가능하다. In step 401, the material is cold worked, and cold drawing, cold rolling, and back and forth repetition are only some examples of processes that can be done on the material. One consequence of the cold work is that the dimensions of the material can be changed to the desired value. For example, the thickness of the material can be reduced as a result of the cold work. In one embodiment, this reduction in thickness may be, for example, at least 5%, for example at least 10%, 15%, 20%, 25% or more. In one embodiment, the reduction is from about 5% to about 20%, such as from about 8% to about 16%, from about 10% to about 15%, and the like. Larger values or smaller values are also possible.

상기 재료의 치수(들)는 추가적인 프로세스를 통해 조절될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 잉곳은 원하는 최종 치수(들)를 갖는 재료를 형성하기 위해 열적-기계적 프로세스를 거칠 수도 있다. 도 4b를 참고하면, 처리할 시작 재료는 원통형 형상을 갖는 빌렛(billet), 잉곳, 단조품 등일 수 있다(단계 405). 상기 시작 재료는 이후 적절한 관 제작 프로세스(들)에 의해 기계적으로 작업된다(예컨대, 냉간 작업됨)(단계 406). 상기 관 제작 프로세스가 냉간 작업을 수반할 때, 공작물은 오스테나이트 형성 개시 온도보다 낮은 온도, 즉 페라이트 상으로부터 오스테나이트 상으로의 변형 온도보다 낮은 온도에서의 작업 프로세스 이후에 어닐링("중간 어닐링")될 수 있다(단계 407). 일 실시예에 있어서, 오스테나이트는 방지해야 할 필요가 있는데, 왜냐하면, 오스테나이트는 냉각 시에 경질 마르텐사이트로 변형되며, 이에 따라 연화 프로세스를 상쇄시키기 때문이다. 단계 406 및 단계 407은, 최종 치수가 달성될 때까지 반복된다. 일 실시예에 있어서, 해당 최종 치수를 갖는 관을 제공하는 최종 냉간 작업 단계(단계 408) 이후에, 관은 다시 어닐링되지 않는다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 관은 이후 노멀라이제이션 및 템퍼링을 거칠 수 있다.The dimension (s) of the material can be adjusted through an additional process. In one embodiment, the ingot may undergo a thermal-mechanical process to form a material having the desired final dimension (s). Referring to FIG. 4B, the starting material to be treated may be a billet, ingot, forgings, etc. having a cylindrical shape (step 405). The starting material is then mechanically worked (e. G., Cold worked) by an appropriate tubing process (s) (step 406). When the tube making process involves a cold work, the workpiece is annealed ("intermediate annealed") after a work process at a temperature below the austenite start temperature, i.e. below the strain temperature from the ferrite phase to the austenite phase, (Step 407). In one embodiment, austenite needs to be avoided because austenite transforms into hard martensite upon cooling, thereby offsetting the softening process. Steps 406 and 407 are repeated until the final dimension is achieved. In one embodiment, after the final cold working step (step 408) of providing the tube with the corresponding final dimension, the tube is not annealed again. As described above, the tube may then undergo normalization and tempering.

상기 방법은 추가적인 프로세스를 포함할 수 있다. 도 4c를 참고하면, 상기 방법은 상기 조성물을 포함하는 잉곳을 압출하는 단계(단계 409)를 더 포함할 수 있다. 도 4d를 참고하면, 상기 방법은, 논의된 단계 이전에 철계 조성물을 포함하는 잉곳을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 여기서 상기 잉곳의 형성은 냉간 캐소드 유도 용융, 진공 유도 용융, 진공 아크 재용융, 및 전자-슬래그 재용융으로부터 선택되는 적어도 하나의 프로세스를 포함한다(단계 410). 도 4e를 참고하면, 상기 방법은 철계 조성물을 포함하는 잉곳을 형성하는 단계 그리고 논의된 단계 이전에 불순물(예컨대, P, S, 등)을 제거하여 잉곳을 순화하는 단계를 더 포함할 수 있다(단계 411). 상기 잉곳의 형성 프로세스 및 순화 프로세스는 임의의 적절한 기법을 수반할 수 있다. 전술한 온도는 관련된 재료 및/또는 그 용례에 따라 변할 수 있다.The method may include additional processes. Referring to FIG. 4C, the method may further include the step of extruding the ingot containing the composition (Step 409). Referring to FIG. 4d, the method may further comprise forming an ingot comprising an iron-based composition prior to the discussed steps, wherein the formation of the ingot is performed by cold cathode induction melting, vacuum induction melting, Melting, and electron-slag remelting (step 410). Referring to Figure 4E, the method may further comprise the step of forming the ingot comprising the iron-based composition and the step of purifying the ingot by removing impurities (e.g., P, S, etc.) prior to the discussed step Step 411). The ingot forming process and the refining process may involve any suitable technique. The temperatures described above may vary depending on the material involved and / or its application.

상기 조성물을 (예컨대, 클래딩으로서) 포함하는 연료 요소(및 연료 조립체)는 다양한 용례에서 사용될 수 있다. 일 실시예에서는 연료 조립체의 이용 방법이 제시된다. 도 5a를 참고하면, 상기 이용 방법은 연료 조립체를 이용하여 동력을 발생시키는 단계(단계 501)를 포함하는데, 상기 연료 조립체의 연료 요소는 본원에 설명되는 철계 조성물들 중 임의의 조성물을 포함한다. 도 5b를 참고하면, 이러한 동력의 발생은 전기적 동력 및 열적 동력 중 적어도 하나를 발생시키는 것을 포함할 수 있다(단계 502). Fuel elements (and fuel assemblies) comprising such compositions (e.g., as cladding) can be used in a variety of applications. In one embodiment, a method of using a fuel assembly is presented. Referring to FIG. 5a, the method of use includes generating power using a fuel assembly (step 501), wherein the fuel element of the fuel assembly comprises any of the iron-based compositions described herein. Referring to FIG. 5B, the generation of such power may include generating at least one of an electrical power and a thermal power (step 502).

동력 발생Power generation

앞서 설명된 바와 같이, 본원에 설명되는 연료 조립체는 동력 발생장치 또는 에너지 발생장치의 일부일 수 있는데, 이는 동력 발생용 플랜트의 일부일 수도 있다. 연료 조립체는 핵 연료 조립체일 수도 있다. 일 실시예에 있어서, 연료 조립체는 앞서 설명된 바와 같은 연료, 복수 개의 연료 요소, 및 복수 개의 연료 덕트를 포함할 수 있다. 상기 연료 덕트는, 내부에 배치되는 복수 개의 연료 요소를 포함할 수 있다.As described above, the fuel assembly described herein may be part of a power generating device or an energy generating device, which may be part of a power generating plant. The fuel assembly may be a nuclear fuel assembly. In one embodiment, the fuel assembly may include a fuel as described above, a plurality of fuel elements, and a plurality of fuel ducts. The fuel duct may include a plurality of fuel elements disposed therein.

본원에서 설명되는 연료 조립체는 적어도 약 50 MW/m2, 예컨대 적어도 약 60 MW/m2, 약 70 MW/m2, 약 80 MW/m2, 약 90 MW/m2, 약 100 MW/m2 또는 그 이상의 면적당 정점 동력 밀도를 생성하도록 되어 있을 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 상기 연료 조립체는 적어도 약 120 DPA(displacement per atom), 예컨대 적어도 약 150 DPA, 약 160 DPA, 약 180 DPA, 약 200 DPA, 또는 그 이상의 복사 손상(radiation damage)을 받을 수 있다.The fuel assemblies described herein may have a fuel composition of at least about 50 MW / m 2 , such as at least about 60 MW / m 2 , about 70 MW / m 2 , about 80 MW / m 2 , about 90 MW / m 2 , To generate a peak power density per area of 2 or more. In some embodiments, the fuel assembly is capable of receiving radiation damage of at least about 120 DPA (displacement per atom), such as at least about 150 DPA, about 160 DPA, about 180 DPA, about 200 DPA, have.

본 명세서에 언급되고/언급되거나 ADS(Application Data Sheet)에 나열된 모든 전술한 미국 특허, 미국 특허 출원 공개 공보, 미국 특허 출원, 외국 특허, 외국 특허 출원, 및 비특허 공개 공보는 인용함으로써 본원과 일관성을 나타내는 범위에서 그 전체 내용이 본원에 포함된다. 한정하는 것은 아니지만 정의된 용어, 용어의 용례, 설명된 기법 등을 비롯하여, 포함된 문헌 및 유사한 자료 중 하나 이상이 본 출원과 상이하거나 모순되는 경우에는, 본원에 따른다.All of the foregoing US patents, US patent application publications, US patent applications, foreign patents, foreign patent applications, and non-patent publications mentioned and / or mentioned in the Application Data Sheet herein are incorporated herein by reference, , The entire contents of which are incorporated herein by reference. Where more than one of the contained documents and similar materials, including but not limited to defined terms, examples of terms, techniques described, etc., are different or inconsistent with the present application, the present application is in accordance with this application.

Yes

앞서 설명된 조성물의 실시예가 제조되었으며, 보이드 팽윤 성능에 관해 시험을 거쳤다. 앞서 나열한 세부사항을 충족하도록 조성물의 히트(heat) FD, 히트 CH, 및 히트 DH로 나타낸 3가지 히트를 준비하였다. 히트 CH 및 히트 DH는, 단지 최종 열처리에서의 약간의 변경에 있어서만 차이가 있는 동일한 조성물이다. 기존의 HT9와 본원에 설명되는 조성물의 실시예 사이의 상대적인 비교를 위해, 동일한 프로토콜을 이용하여 FFTF(Fast Flux Test Facility)에서 사용되는 ACO-3 덕트로부터 얻은 히트 84425의 기존 HT9 시료를 팽윤에 대해 시험하였다. An example of the composition described above was prepared and tested for void swelling performance. Three heat hits, designated heat FD, heat CH, and heat DH of the composition, were prepared to meet the details set forth above. Heat CH and heat DH are the same compositions, only differing in slight changes in the final heat treatment. For a relative comparison between the existing HT9 and the embodiment of the composition described herein, the existing HT9 sample of heat 84425 from the ACO-3 duct used in the Fast Flux Test Facility (FFTF) using the same protocol was used for swelling .

각각의 히트의 최종 플레이트 제품의 실제 조성은 분석에 의해 측정되었으며, 표 1에 제시되어 있다. 기존의 시료의 실제 조성도 또한 측정되었으며, 마찬가지로 표 1에 제시되어 있다. The actual composition of the final plate product of each heat was determined by analysis and is presented in Table 1. The actual composition of the existing samples was also measured and is shown in Table 1 as well.

Figure pat00001
Figure pat00001

히트 hit FDFD 준비 Ready

히트 FD의 강의 50kg VIM 잉곳을 섭씨 1200 도에서 48 시간 동안 가열하여 주조 조직을 균일화하고, 이후 대략 70t×100w×450L (mm)로 단조하였다. 균일화를 위한 가열로의 온도는 PID 온도 제어기에 의해 그리고 캘리브레이션된 열전쌍을 사용함으로써 조절되었다. 단조된 플레이트는 섭씨 1200 도에서 2 시간 동안 침지되었으며, 70t×100w×450L (mm)에서 대략 24t×110w×1,050L (mm)로 열간 압연되었다.The 50 kg VIM ingot of the steel of the heat FD was heated at 1200 degrees Celsius for 48 hours to homogenize the casting structure and then forged to approximately 70tx100wx450L (mm). The temperature of the furnace for homogenization was controlled by a PID temperature controller and by using a calibrated thermocouple. The forged plates were immersed at 1200 ° C for 2 hours and hot rolled to approximately 24t × 110w × 1,050L (mm) at 70t × 100w × 450L (mm).

열간 압연된 강판의 일부는 용이한 표면 기계가공을 행하기 위해 섭씨 800 도에서 1 시간 동안 어닐링되었으며, 임의의 산화물 막을 제거하기 위해 대략 면 당 0.3 mm만큼 기계가공하여 표면 판으로부터 제거하였다. 상기 강판은 이후 다수의 단계에 의해 5.4 mm의 두께로 냉간 압연되었다. 냉간 압연 중에 중간 진행에 있어서, 상기 강판은 냉간 작업된 구조를 연화시키기 위해 섭씨 800 도에서 1 시간 동안 어닐링되었다. 또한, 중간 열처리를 위한 가열로 온도는 가열로의 PID 온도 제어기에 의해 그리고 캘리브레이션된 열전쌍을 이용함으로써 조절된다. A portion of the hot-rolled steel sheet was annealed at 800 degrees Celsius for one hour to facilitate easy surface machining and machined to approximately 0.3 mm per side to remove any oxide film and removed from the surface plate. The steel sheet was then cold rolled to a thickness of 5.4 mm by a number of steps. During intermediate rolling during cold rolling, the steel sheet was annealed at 800 degrees Celsius for 1 hour to soften the cold worked structure. In addition, the furnace temperature for the intermediate heat treatment is controlled by the PID temperature controller of the furnace and by using a calibrated thermocouple.

냉간 압연 이후에, 상기 강판은 용이한 소잉(sawing)을 행하기 위해 섭씨 800 도에서 1 시간 동안 어닐링되었으며, 최종 열처리를 위해 보다 작은 조각으로 절단되었다.After cold rolling, the steel sheet was annealed at 800 degrees Celsius for 1 hour to perform easy sawing and cut into smaller pieces for final heat treatment.

절단 이후에, 상기 보다 작은 조각들 중 하나에 대해 최종 열처리를 행하였다. 히트 FD로 명명한 이러한 조각은 섭씨 1000 도에서 30분 동안 [다른 강의 조각들의 배치(batch)의 일부로서] 열처리되었으며, 이후 마르텐사이트 구조를 획득하기 위해 실온으로 공냉되었다. 노멀라이제이션 열처리를 위한 가열로의 온도는 PID 온도 제어기에 의해 그리고 캘리브레이션된 열전쌍을 사용함으로써 조절되었다. 더욱이, 열처리 배치(heat treatment batch)에서의 조각들 중 하나의 표면 상에 스팟 용접으로 새로운 열전쌍이 부착되었다. 열전쌍에 부착된 조각을 포함하는 상기 열처리 배치는 노멀라이제이션 온도에서 가열로 내에 투입되었으며, 상기 조각 상에 부착된 열전쌍이 노멀라이제이션 온도에 도달한 이후에 최종 노멀라이제이션 열 처리 시간의 카운트(count)를 개시하였다. 규정된 시간 동안 유지한 후에, 상기 열처리 배치를 가열로부터 빼내었다.After cutting, a final heat treatment was performed on one of the smaller pieces. This piece, named Heat FD, was heat treated [as part of batches of pieces of other steel] at 1000 degrees Celsius for 30 minutes and then air-cooled to room temperature to obtain the martensite structure. The temperature of the furnace for the normalization heat treatment was controlled by a PID temperature controller and by using a calibrated thermocouple. Moreover, new thermocouples were attached to the spot welds on one of the pieces in the heat treatment batch. The heat treatment batch comprising the piece attached to the thermocouple was put into the furnace at the normalization temperature and a count of the final normalization heat treatment time after the thermocouple attached on the piece reached the normalization temperature count). After holding for the specified time, the heat treatment batch was removed from the heat.

히트 HD의 노멀라이제이션된 조각은 마르텐사이트 구조의 템퍼링을 위해 섭씨 750 도에서 0.5 시간 동안 열처리되었으며, 이후 실온으로 공냉되었다. 최종 템퍼링 열처리를 위한 가열로의 온도는 PID 온도 제어기에 의해 그리고 캘리브레이션된 열전쌍을 사용함으로써 조절되었다. 또한, 히트 HD 조각은, 앞서 설명된 바와 같은 열전쌍이 부착된 조각을 포함하는, 다른 강 조각의 배치(batch)의 일부이었다. 상기 배치는 템퍼링 온도로 유자되는 가열로 내에 투입되었으며, 조각 상에 부착된 열전쌍이 템퍼링 온도 또는 섭씨 750 도에 도달한 이후에 최종 템퍼링 처리 시간의 카운트를 개시하였다. 30 분 동안 유지한 이후에, 템퍼링된 배치를 가열로에서 빼내었다.The normalized pieces of Heat HD were heat treated at 750 degrees Celsius for 0.5 hour to temper the martensitic structure and then cooled to room temperature. The temperature of the furnace for the final tempering heat treatment was controlled by a PID temperature controller and by using a calibrated thermocouple. In addition, the heat HD pieces were part of a batch of other steel pieces, including thermocouple-attached pieces as described above. The batch was introduced into the furnace heated to the tempering temperature and the count of the final tempering treatment time was started after the thermocouple attached on the piece reached the tempering temperature or 750 [deg.] C. After holding for 30 minutes, the tempered batch was removed from the furnace.

템퍼링된 히트 HD 조각의 비커 경도(Vickers hardness)는 3회 시험을 거쳤으며, 238, 246, 및 241로, 평균 242로 측정되었다. The Vickers hardness of the tempered heat HD pieces was tested three times, 238, 246, and 241, with an average of 242.

히트 CH 및 히트 Heat CH and Heat DH의DH's 준비 Ready

도 6a 및 도 6b는 히트(Heat)(CH 및 DH)에서의 플레이트 생산 및 관 생산을 용이하게 하는 데 사용되는 주요한 프로세스 단계에 관한 프로세스 개요를 나타낸 것이다. 초기 프로세스 단계[진공 유도 용융(VIM), 진공 아크 재용융(VAR), 및 균일화]가 양 히트에 적용되었다. Figures 6a and 6b show a process outline of the major process steps used to facilitate plate production and tube production in the heat (CH and DH). The initial process steps (vacuum induction melting (VIM), vacuum arc reflow (VAR), and homogenization) were applied to both heat.

이러한 제작 프로세스의 한 가지 특이점은, 플레이트의 열간 압연 이후에 또는 관에 대한 2차 냉간 압연 단계 혹은 3차 냉간 압연 단계 이후에 섭씨 1180 도에서 48 시간 동안 제2의 균일화 열처리를 적용하는 것이다. One particular peculiarity of this fabrication process is the application of a second homogenization heat treatment at 1180 degrees Celsius for 48 hours after hot rolling the plate or after the second cold rolling step or the third cold rolling step for the tube.

팽윤 시험Swelling test

조성물의 팽윤 성능을 측정하기 위해 전술한 3개의 히트 및 기존의 제어 시료 각각의 플레이트에 대해 중이온 조사 시험을 행하였다. 상기 조사는 (n, α) 반응으로부터의 He의 생성 그리고 중성자 환경에서의 보이드의 후속 형성을 모사하기 위해 이중 이온(Fe++ 및 He++) 조사 비임을 이용하여 이온 비임 실험실에서 이루어졌다. 188 dpa의 조사 선량 수준(irradiation dose level)으로 섭씨 440 도, 섭씨 460 도, 및 섭씨 480 도의 온도에서 강 시료에 대해 에너지 5 MeV의 Fe++ 이온 및 저전류 He++ 이온이 지향되었다. 그 에너지를 열화시키기 위해 그리고 강 내에 적절한 깊이로 He+를 축적시키기 위해 대략 3 마이크로미터의 두께를 갖는 Al 포일을 통해 대략 2 MeV의 He++ 이온이 전달되었다. 정확한 He++ 비임 에너지는 Al 포일의 정확한 두께에 좌우된다. Al 포일은, 비임의 입사각을 변경시키기 위해 그리고 300 내지 1000 나노미터 범위에서 강 내의 주입 깊이를 변경하기 위해 He++ 비임에 대해 회전하게 된다. 상기 입사각은 5가지 상이한 간격으로 0 내지 60도에서 변하며, 이때 각각의 입사각에 대해 상이한 유지 시간을 갖게 되며, 이에 따라 300 내지 1000 나노미터만큼 강 내로 누적하여 대체로 균일한(±10%) He 농도를 제공하는 5가지 별개의 깊이 프로파일이 생성된다. In order to measure the swelling performance of the composition, the plates of each of the above-described three heat and conventional control samples were subjected to a heavy ion irradiation test. The investigation was done in an ion beam laboratory using dual ion (Fe ++ and He ++ ) irradiation beams to simulate the formation of He from the (n, a) reaction and the subsequent formation of voids in the neutron environment. At an irradiation dose level of 188 dpa, Fe ++ ions and low current He ++ ions with an energy of 5 MeV were directed to the steel samples at temperatures of 440 ° C, 460 ° C, and 480 ° C. Approximately 2 MeV of He ++ ions were delivered through the Al foil with a thickness of approximately 3 micrometers to deteriorate its energy and to accumulate He + in the steel to an appropriate depth. The exact He ++ beam energy depends on the exact thickness of the Al foil. The Al foil is rotated about the He ++ beam to change the angle of incidence of the beam and to change the depth of implantation in the steel in the 300 to 1000 nanometer range. The incident angles vary from 0 to 60 degrees at five different intervals, with different retention times for each incident angle, resulting in cumulative intensities in the range of 300 to 1000 nanometers and a substantially uniform (10%) He concentration Lt; RTI ID = 0.0 > 5 < / RTI >

상기 조사는 3MV 펠리트론 가속기를 이용하여 3개의 히트 및 기존의 제어 시료에 대해 행해졌다. 통상 비임 전류가 시료 상에서 대략 100 내지 400 nA인 디포커싱(defocusing)된 5MeV의 Fe++ 이온과 3 mm 직경으로 포커싱된 대략 2MeV의 He++ 비임으로서 x 방향으로 0.255 kHz 만큼 y 방향으로 1.055 kHz만큼 래스터 스캐닝된 He++ 비임의 조합을 이용하여 시료를 조사하였다. 각각의 조사 이전에, 1×10-7 torr 미만의 압력까지 스테이지(stage)에서 기체를 제거하였다. 시료 바로 앞에 패러데이 컵을 이용하여 매 30 내지 60 분마다 비임 전류를 기록하였으며, 40 eV 변위 에너지 및 신속 킨친-피즈 모드(Quick Kinchin-Pease mode)를 이용하여 600 nm의 깊이에서 SRIM(Stopping Range of Ions in Matter) 계산의 손상율 결과에 기초하는 양으로 통합 전하(전류와 시간의 곱)가 변환되었다.The investigation was performed on three heat and conventional control samples using a 3MV pellitron accelerator. The normal beam current is a defocused Fe + + ion of 5 MeV at approximately 100 to 400 nA on the sample and a He ++ beam of approximately 2 MeV focused to a 3 mm diameter as 0.255 kHz in the x direction and 1.055 kHz in the y direction The sample was investigated using a combination of raster-scanned He ++ beams. Prior to each irradiation, the gas was removed from the stage to a pressure of less than 1 x 10 < -7 > torr. Immediately before the sample, a beam current was recorded every 30 to 60 minutes using a Faraday cup. The beam was irradiated at a depth of 600 nm using a 40 kV displacement energy and a Quick Kinchin-Pease mode, Ions in Matter) The integrated charge (the product of current and time) is transformed into a quantity based on the damage rate result of the calculation.

상기 시료는 최대 #4000의 파인 그릿(fine grit)까지의 SiC 페이퍼를 이용하여 기계적으로 연마되었으며, 후속하여 다이아몬드 용액으로 최대 0.25 마이크로미터까지 최종 연마되었고, 이때 조사에 앞서 0.02 콜로이드 실리카 용액으로 최종 기계적 연마를 행하였다. 기계적 연마 이후에, 시편은 20 초 동안 90% 메탄올 및 10% 퍼클로릭 산 용액에서 섭씨 영하 40 도 내지 섭씨 영하 50 도의 온도로 전자 연마되었으며, 이때 시편과 백금 메쉬 캐소드 사이에 35 V의 전압이 인가되었다. The samples were mechanically polished using SiC paper to a maximum # 4000 fine grit and subsequently polished to a maximum of 0.25 micrometer with a diamond solution, with 0.02 colloidal silica solution prior to irradiation, Polishing was carried out. After mechanical polishing, the specimens were electronically polished at a temperature of minus 40 degrees Celsius to minus 50 degrees Celsius in 90% methanol and 10% perchloric acid solution for 20 seconds, where a voltage of 35 V was applied between the specimen and the platinum mesh cathode .

온도 조절은, 가열된 조사 시료에 고정된 후 조사 온도에서 2차원 화상 고온계를 캘리브레이션하는 데 사용되는 일련의 열전쌍을 이용하여 달성되었다. 온도는, 조사 전반에 걸쳐 화상 고온계를 이용하여 ± 10°C까지 조절되었다. Temperature control was achieved using a series of thermocouples used to calibrate a two-dimensional pyrometer at the irradiation temperature after being immersed in a heated irradiated sample. The temperature was adjusted to ± 10 ° C using an image pyrometer throughout the irradiation.

조사되는 시료의 준비는, 각각의 시료의 조사 표면으로부터 리프트아웃(liftout)된 단면 FIB(cross-section focused ion beam)를 이용하여 달성되었다. 이러한 리프트아웃 방법은, 전체 조사 손상 영역이 이미징(imaing)될 수 있도록 하며, 단지 원하는 깊이에서만 보이드 화상 분석이 일관성 있게 행해질 수 있도록 한다. Preparation of the sample to be irradiated was accomplished using a cross-section focused ion beam (FIB) lifted out from the irradiated surface of each sample. This lift-out method allows the entire irradiated area to be imaged and allows the void image analysis to be done consistently only at a desired depth.

도 7은 조사에 의해 생성되는 보이드(void)에 대한 깊이 효과(depth effect)를 예시하는 대표적인 TEM(transmission electron microscope) 화상을 예시한 것이다. 보이드 이미징은 JEOL 2100F TEM 상에서 이루어졌다. 도 7에 제시된 바와 같이, 보이드 측정은 단지 시료 내로 300 내지 700 nm의 손상 영역 깊이 내에 존재하는 보이드만을 포함하였다. 이러한 방식으로 분석을 행함으로써, 표면 효과 및 표면 조성의 변화에 의해 영향을 받게 되는 표면(0 내지 300 nm)에서의 모든 보이드를 고려하지 않았다. 또한, Fe++ 이온의 자기 간질 주입(self-interstitial implantation)에 의해 영향을 받을 수 있는 손상 곡선의 끝(700 nm 초과)에서의 모든 보이드도 역시 고려되지 않았다. 손상 곡선의 끝에서의 자기 간질 이온은, 보이드 핵형성을 유발하는 공격자점(vacancy)/간질 비아(interstitial via)에 영향을 줌으로써 보이드 핵형성을 억제하는 경향이 있다. Figure 7 illustrates a typical transmission electron microscope (TEM) image illustrating a depth effect on the void produced by irradiation. The void imaging was performed on a JEOL 2100F TEM. As shown in FIG. 7, the void measurement contained only voids that were within the damaged region depth of 300 to 700 nm into the sample only. By performing the analysis in this manner, all voids on the surface (0-300 nm) that are affected by changes in surface effect and surface composition were not considered. In addition, not all voids at the end of the damage curve (greater than 700 nm), which could be affected by self-interstitial implantation of Fe ++ ions, were also considered. The self-interstitial ion at the end of the damage curve tends to inhibit void nucleation by affecting the vacancy / interstitial vias that cause void nucleation.

제로 에너지 손실 비율(zero energy loss fraction)을 측정하고 시료 두께를 결정하기 위해 EELS(electron energy loss spectroscopy)를 이용하여 시료 두께를 측정하였다. 시료 두께 및 화상 영역을 이용하여, 보이드 밀도 및 팽윤 측정이 행해질 수 있다. The zero energy loss fraction was measured and the sample thickness was measured using electron energy loss spectroscopy (EELS) to determine the sample thickness. Using the sample thickness and image area, the void density and swelling measurements can be made.

앞서 언급된 바와 같이, 상기 조사는 전술한 조성물 실시예에 대한 상대적 팽윤 비교를 위해 FFTF로부터 달성된 ACO-3 덕트 HT9 재료로부터의 시료를 포함하였다. 다양한 히트들 사이에서의 팽윤 거동의 상대적 비교를 행하기 위해 전술한 4개의 히트(CH, DH, FD, 및 ACO-3)에 대해 중이온 조사를 행하였다. 팽윤 응답은 또한 155 dpa의 양으로 섭씨 443 도에서 조사된, FFTF 프로그램에서의 ACO-3 덕트 벽으로부터의 HT9의 기록(히트 84425)과 비교되었으며, 이는 보이드의 TEM 이미징에 기초하여 대략 0.3%의 팽윤을 나타내었다. FFTF 프로그램에서의 HT9의 기존의 히트에 관한 정보는, O. Anderoglu 등이 2012년에 Journal of Nuclear Materials 제430호의 194-204쪽에 개재한 논문 “Phase Stability of an HT-9 Duct Irradiate in FFTF”에서 찾을 수 있다. As noted above, the investigation included samples from the ACO-3 duct HT9 material achieved from the FFTF for comparison of relative swell for the composition examples described above. In order to make a relative comparison of the swelling behavior among various heat, the above-mentioned four heat (CH, DH, FD, and ACO-3) were subjected to heavy ion irradiation. The swell response was also compared to the recording of HT9 from the ACO-3 duct wall in the FFTF program (Hit 84425), which was also irradiated at 443 degrees Celsius in an amount of 155 dpa, which is approximately 0.3% Swelling. Information on existing hits of the HT9 in the FFTF program can be found in O. Anderoglu et al., "Phase Stability of an HT-9 Duct Irradiate in FFTF", published in the Journal of Nuclear Materials No. 430, pp. 194-204 Can be found.

본 조성물의 실시예와 기존의 ACO-3 강 사이의 팽윤 성능의 차이를 정량화하기 위해, E. Getto 등이 2016년에 Journal of Nuclear Materials 제480호, 159-176 쪽에 개재한 논문 “Void Swelling And Microstructure Evolution At Very High Damage Level In Self-Ion Irradiated Ferritic-Martensitic Steels”의 섹션 2.2에서 확인되는 프로세스를 이용하여 도 8에서의 팽윤%(swelling%) 데이터가 측정되었으며, 상기 섹션 2.2는 인용함으로써 본 명세서에 포함된다. 본 개시내용에서 팽윤%가 사용될 때마다, 이 팽윤%는 포함된 상기 섹션 2.2에서 확인되는 프로세스에 의해 계산된 것이다. In order to quantify the difference in swelling performance between the present example of the composition and conventional ACO-3 steels, E. Getto et al. Published in Journal of Nuclear Materials 480, 159-176, The swelling% data in FIG. 8 was measured using the process identified in Section 2.2 of "Microstructure Evolution At Very High Damage Level In Self-Ion Irradiated Ferritic-Martensitic Steels" . Each time the percent swell is used in this disclosure, this percent swell is calculated by the process identified in Section 2.2 above.

도 8은 여러 히트에 대한 팽윤 결과를 나타낸 것이다. 도 8은 기록된 ACO-3에 대해 조성물 실시예의 보이드 팽윤 성능의 차이를 명확하게 나타내고 있다. 낮은 온도 및 높은 온도, 즉 섭씨 440 도 및 섭씨 500 도에서는, 어떠한 히트에서도 팽윤이 거의 탐지되지 않았다. 그러나, 섭씨 460 도 및 섭씨 480 도의 온도에서, 본 발명의 조성물에 대한 3개의 히트 각각은 기존의 ACO-3 강에 비해 팽윤 면에서 현저한 개선을 나타내었다.Figure 8 shows the swelling results for various heat. Figure 8 clearly shows the difference in void swelling performance of the composition examples for the recorded ACO-3. At low temperatures and high temperatures, i.e., 440 degrees Celsius and 500 degrees Celsius, swelling was scarcely detected on any heat. However, at a temperature of 460 degrees Celsius and 480 degrees Celsius, each of the three hits for the composition of the present invention exhibited a significant improvement in swelling in comparison to conventional ACO-3 steels.

도 9는 섭씨 480 도에서 0.2 appm He/dpa로 188 dpa까지 조사한 이후에 4개의 히트에서의 보이드 미세구조의 TEM 콜라주를 나타낸 것이며, 여기서 보이드는 검정 특징부로 제시된다. ACO-3 시료는 보이드의 불균일한 분포를 나타낸 반면, 다수의 보이드의 대형 클러스터를 갖는다. 본 발명의 조성물에 대한 히트는 각각 ACO-3에 대한 명확한 개선을 나타낸다. 본 발명의 조성물에 대한 히트와 ACO-3 사이의 차이는 놀라울 정도이며, 본원에서 설명되는 강 조성물의 실시예와 ACO-3 사이의 보이드 배양의 차이를 반영한다. Figure 9 shows the TEM collage of the void microstructure at 4 heat after irradiation at 480 degrees Celsius to 188 dpa at 0.2 appm He / dpa where the void is presented as a black feature. The ACO-3 sample exhibited a non-uniform distribution of voids, while having large clusters of multiple voids. The hits for the compositions of the present invention each show a clear improvement to ACO-3. The difference between the heat for the composition of the present invention and ACO-3 is surprising and reflects the difference in void culture between the embodiment of the steel composition described herein and ACO-3.

도 10은 섭씨 460 도에서 0.015 appm He/dpa로 188 dpa까지 조사한 이후에 4개의 히트에서의 보이드 미세구조의 TEM 콜라주를 나타낸 것이다. 또한, 본 발명의 조성물에 대한 히트는 각각 ACO-3에 대한 명확한 개선을 나타낸다.Figure 10 shows the TEM collage of the void microstructure in the four hits after irradiation at 460 degrees Celsius to 0.015 apps He / dpa to 188 dpa. In addition, the hits for the compositions of the present invention each show a distinct improvement over ACO-3.

앞서 제시된 예는, 다음의 조성을 갖는 강, 즉The example given above is a steel with the following composition:

약 10.0 중량% 내지 약 13.0 중량%의 Cr;From about 10.0 wt% to about 13.0 wt% Cr;

약 0.17 중량% 내지 약 0.23 중량%의 C;From about 0.17% to about 0.23% by weight of C;

약 0.80 중량% 내지 약 1.2 중량%의 Mo;About 0.80 wt% to about 1.2 wt% Mo;

약 0.5 중량% 이하의 Si;Up to about 0.5 weight percent Si;

약 1.0 중량% 이하의 Mn;About 1.0 percent by weight or less of Mn;

약 0.25 중량% 내지 약 0.35 중량%의 V;About 0.25 wt.% To about 0.35 wt.% V;

약 0.40 중량% 내지 약 0.60 중량%의 W;From about 0.40% to about 0.60% W;

적어도 80 중량%의 FeAt least 80% by weight of Fe

의 조성을 갖는 강으로 제조될 수 있으며, 상기 강은, 0.2 appm He/dpa로 188 dpa(displacements per atom)의 양까지 이중 비임 Fe++ 및 He++를 조사한 이후에 표면 아래로 500 내지 700 nm의 깊이에서 0.9 체적% 미만의 팽윤, 일부 경우에는 0.75 % 미만, 0.5 % 미만, 그리고 심지어는 0.3 % 미만의 팽윤을 나타내는데, 이는 손상 케스케이드 및 40eV의 변위 에너지에 관한 K-P 옵션을 이용하여 SRM(Stopping Range in Matter) 모사를 통해 계산된 바와 같으며, 시료의 조사 깊이에서 균일한 He 프로파일을 형성하기 위한 스캐터링 및 에너지 저감을 위해 얇은 Al 포일을 통해 전달되는 대략 2 MeV의 He++ 이온의 래스터 스캐닝된 비임과 5 MeV의 Fe++ 이온의 디포커싱된 비임을 이용하여 섭씨 460 도에서 강 조성물에 조사함으로써 생성된 것이다., The steel having a surface of 500 to 700 nm below the surface after irradiation of the double beam Fe ++ and He ++ to an amount of 188 dpa (displacements per atom) at 0.2 appm He / dpa , Less than 0.75%, less than 0.5%, and even less than 0.3% swelling in the depth of less than 0.9 vol.% In the depth of the SRM using the KP option for the damaged cascade and 40 eV displacement energy, Range in Matter), and a raster of approximately 2 MeV of He ++ ions delivered through a thin Al foil for scattering and energy reduction to form a uniform He profile at the sample depth. Was generated by irradiating the steel composition at 460 degrees Celsius using a deflected beam of scanned beam and 5 MeV of Fe ++ ions.

본원에서 실질적으로 임의의 복수 표현 및/또는 단수 표현의 사용과 관련하여, 당업자는, 맥락 및/또는 용례에 따라 적절하게 복수를 단수로 및/또는 단수를 복수로 이해할 수 있다. 다양한 단수/복수 조합은 명료함을 위해 본원에 명시적으로 기술되지 않는다.With regard to the use of substantially any plural representation and / or singular representation herein, one of ordinary skill in the art may understand plural, singular and / or plural singular forms, as appropriate, depending on context and / or usage. The various singular / plural combinations are not explicitly described herein for the sake of clarity.

본원에서 설명되는 주제 대상은 때때로 상이한 다른 조성물 내에 포함되거나 상이한 다른 조성물과 함께 관련되는 다양한 조성물을 나타낸다. 이렇게 도시된 아키텍쳐(architecture)는 단지 예시일 뿐이며, 실제로 동일한 기능을 달성하는 다수의 다른 아키텍쳐가 주입될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 개념적인 관점에서, 동일한 기능을 달성하기 위한 구성요소의 임의의 구성은, 원하는 기능이 달성되도록 효과적으로 “연관된다.” 따라서, 특정한 기능을 달성하기 위해 조합되는, 본원에서의 임의의 2가지 구성요소는, 아키텍쳐 또는 개재되는 구성요소와 무관하게, 원하는 기능이 달성되도록 서로 “연관되는 것”으로 볼 수 있다. 마찬가지로, 이렇게 연관되는 임의의 2개의 구성요소는 또한 원하는 기능을 달성하기 위해 서로에 대해 “작동 가능하게 연결되는 것”으로 또는 “작동 가능하게 결합되는 것”으로 볼 수 있으며, 이렇게 연관될 수 있는 임의의 2개의 구성요소는 또한 원하는 기능을 달성하기 위해 서로에 대해 “작동 가능하게 결합 가능한 것”으로 볼 수 있다. 작동 가능하게 결합 가능한 것의 특정한 예는, 한정하는 것은 아니지만, 물리적으로 짝지워질 수 있는 구성요소들 및/또는 물리적으로 상호작용하는 구성요소들 및/또는 무선으로 상호작용 가능한 구성요소들 및/또는 무선으로 상호작용할 수 있는 구성요소들 및/또는 논리적으로 상호작용하는 구성요소들 및/또는 논리적으로 상호작용 가능한 구성요소들을 포함한다.The subject matter described herein sometimes refers to various compositions that are included in different compositions or are associated with different compositions that are different. It will be appreciated that the architecture shown is by way of example only, and that a number of different architectures can be injected to achieve the same functionality in practice. From a conceptual viewpoint, any configuration of components for achieving the same function is effectively " associated " to achieve the desired functionality. Thus, any two components May be viewed as " associated " with each other to achieve the desired functionality, regardless of the architecture or intervening components. Likewise, any two components so associated may also be seen as " operably coupled " or " operably coupled " to one another to achieve a desired function, Any two components may also be viewed as " operably coupled " to one another to achieve the desired functionality. Specific examples of operably associatable include, but are not limited to, components that may be physically coupled and / or physically interacting components and / or wirelessly interacting components and / And / or < / RTI > logically interacting components and / or logically interacting components.

일부 경우에 있어서, 하나 이상의 구성요소는 본원에서 “~하도록 구성되는 것”, “~에 의해 구성되는 것”, “~하도록 구성 가능한 것”, “~하도록 작동 가능한 것/~하도록 작동하는 것”, “~하게 되어 있는 것/~하는 것”, “~할 수 있는 것”, “~에 순응 가능한 것/~에 순응하는 것” 등으로 불릴 수 있다. 당업자는, 이러한 용어(예컨대, “~하도록 구성되는 것”)가, 문맥상 달리 요구하지 않는다면, 작동 상태의 구성요소 및/또는 비작동 상태의 구성요소 및/또는 준비 상태의 구성요소를 대체로 포괄할 수 있다는 것을 인식할 것이다.In some instances, one or more of the components may be referred to herein as "consisting of," "consisting of," "configurable to," "operable to," " , "To do", "to do", "to conform to", and "to conform to". Skilled artisans will appreciate that such terms (e.g., " configured to ") are intended to encompass components in an operational state and / or components in a non-operational state and / You can do it.

본원에서 설명되는 본 발명의 주제 대상의 구체적인 양태가 도시 및 설명되어 있지만, 본원에서의 교시 내용에 기초하여 본원에 설명된 주제 대상 및 이 주제 대상의 더 넓은 양태로부터 벗어나지 않으면서 변경 및 변형이 행해질 수 있다는 것은 당업자에게 명확할 것이며, 이에 따라 첨부된 청구범위는 본원에 설명된 주제 대상의 진정한 사상 및 범위 내에 속할 때 이러한 모든 변경 및 변형을 그 범위 내에 포괄하도록 의도된다는 것은 당업자에게 명확할 것이다. 당업자는, 일반적으로 본원에서 그리고 구체적으로 첨부된 청구범위(예컨대, 첨부된 청구범위 문구)에서 사용되는 용어가 대체로 “광의로 해석되는” 용어라는 것을 이해할 것이다(예컨대, 용어 “포함하는”은 “-로 한정하는 것은 아니지만 포함하는”으로 해석되어야 하며, 용어 “구비하는”은 “적어도 구비하는”으로 해석되어야 하고, 용어 “포함한다”는 “~로 한정하는 것은 아니지만 포함한다”로 해석되어야 하며, 기타 등등은 이러한 방식으로 해석되어야 함). 당업자는, 도입되는 청구항 문구의 특정 숫자가 의도되는 경우, 이러한 의도는 명시적으로 청구항에 기재될 것이며 이러한 명시적 기재가 없으면 전술한 의도도 없다는 것을 또한 이해할 것이다. 예를 들면, 이해를 돕기 위해, 이하의 첨부된 청구범위는 청구항 기재를 도입하기 위해 도입용 문구 “적어도 하나” 및 “하나 이상”을 사용하는 것을 포함할 수 있다. 그러나, 이러한 문구의 사용은, 단수로 수식된 청구항 문구의 도입이 이러한 도입용 청구항 문구를 포함하는 임의의 특정한 청구항을, 단지 하나의 해당 기재를 포함하는 청구항으로 한정하려는 의도로 해석되어서는 안 되며, 심지어 동일한 청구항이 도입용 문구 “하나 이상” 또는 “적어도 하나” 및 단수 표현을 포함할 때에도(예컨대, 단수 표현은 보통 “적어도 하나” 또는 “하나 이상”으로 해석되어야 함), 청구항 기재를 도입하는 데 사용되는 표현 "상기"의 사용에 대해 동일하게 적용된다. 추가적으로, 심지어 도입된 청구항 기재의 특정 숫자가 명시적으로 기재되어 있는 경우에도, 당업자는, 이러한 기재가 보통 적어도 기재된 숫자 이상을 의미하도록 해석되어야 한다는 것을 인식할 것이다(예컨대, 다른 수식어 없이 순수한 “2개의 기재”라는 기재는 보통 적어도 2개의 해당하는 기재 또는 2 이상의 기재를 의미함). 또한, “A, B, 및 C 등 중 적어도 하나”와 유사한 표현이 사용되는 경우에 있어서, 일반적으로 이러한 구조는 당업자가 해당 표현을 이해할 것이라는 생각에서 의도된 것이다(예컨대, “A, B, 및 C 중 적어도 하나를 갖는 시스템”은, 한정하는 것은 아니지만, A만을, B만을, C만을, A와 B를 함께, A와 C를 함께, B와 C를 함께, 및/또는 A, B, 및 C를 함께 구비하는 시스템 등을 포함함). “A, B, 또는 C 등 중 적어도 하나”와 유사한 표현이 사용되는 경우에 있어서, 일반적으로 이러한 구조는 당업자가 해당 표현을 이해할 것이라는 생각에서 의도된 것이다(예컨대, “A, B, 또는 C 중 적어도 하나를 갖는 시스템”은, 한정하는 것은 아니지만, A만을, B만을, C만을, A와 B를 함께, A와 C를 함께, B와 C를 함께, 및/또는 A, B, 및 C를 함께 구비하는 시스템 등을 포함함). 또한, 당업자는, 상세한 설명에서, 청구범위에서, 또는 도면에서 보통 2개 이상의 대안적인 용어를 제시하는 이접 어구 및/또는 이접 문구가, 문맥상 달리 언급되지 않는다면, 이들 표현들 중 하나 또는 이들 표현 양자 모두를 포함할 가능성을 고려하는 것으로 이해되어야 함을 이해할 것이다. 예를 들면, 문구 “A 또는 B”는 보통 “A”, “B” 또는 “A 및 B”의 가능성을 포함하는 것으로 이해된다.While specific embodiments of the subject matter of the present invention described herein have been illustrated and described, modifications and variations can be made without departing from the broader aspects of the subject matter described herein and on the basis of the teachings herein It will be apparent to those skilled in the art that the appended claims are intended to cover all such changes and modifications as fall within the true spirit and scope of the subject matter set forth herein. Those skilled in the art will appreciate that the terms used in the generality herein and specifically in the appended claims (e.g., the appended claims) are generally referred to as " broadly interpreted. &Quot; Should be construed as including, but not limited to -, the term " comprising " should be interpreted as " having at least " and the term " comprising " should be interpreted as " , Etc. should be interpreted in this manner). Skilled artisans will appreciate that, where a specific number of the recited claims is intended, such intent is expressly set forth in the claims, and that such disclosure is not intended without such express written description. For example, to facilitate understanding, the following appended claims may include the use of the phrases " at least one " and " one or more " The use of such phrases, however, is not to be construed as an intention to limit any particular claim, including the introduction claim phrase, to a claim comprising only one such claim, Even when the same claim includes the phrase " at least one " or " at least one " and the singular representation (e.g., the singular representation is usually to be interpreted as " The same applies to the use of the expression "above " Additionally, even if a specific number of the claims recited is expressly stated, one of ordinary skill in the art will recognize that such description is normally to be construed to mean, at least, the stated number (e.g., "2 Quot; substrate " means usually at least two corresponding substrates or two or more substrates). Also, where an expression similar to " at least one of A, B, and C, etc. " is used, this structure is generally intended in the sense that those skilled in the art will understand the expression (e.g., " A and B together, A and C together, B and C together, and / or A, B, and C together, C, and the like). In the case where an expression similar to "at least one of A, B, or C" is used, this structure is generally intended in the sense that one of ordinary skill in the art would understand the expression (eg, "A, B, or C A and B together, A and C together, B and C together, and / or A, B, and C together, but not limited thereto. A system including the above, and the like). It will also be appreciated by those skilled in the art that, in the detailed description, the claims, or the conjunction and / or the transcription phrase generally suggesting two or more alternative terms in the drawings, But should be understood as considering the possibility of including both. For example, the phrase "A or B" is generally understood to include the possibilities of "A", "B" or "A and B".

첨부된 청구범위와 관련하여, 당업자는 청구범위에 기재된 작업이 일반적으로 임의의 순서로 행해질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 다양한 작업 흐름이 순서대로 제시되어 있지만, 이러한 다양한 작업은 제시되지 않은 다른 순서로 행해질 수도 있고 동시에 행해질 수도 있다는 것을 이해해야만 한다. 이러한 교호적 순서의 예는, 문맥상 달리 언급되지 않은 한, 중첩된 순서, 삽입된 순서, 중단된 순서, 재정렬된 순서, 증대되는 순서, 준비 순서, 보충 순서, 동시적인 순서, 역전된 순서 또는 다른 변형된 순서를 포함할 수 있다. 또한, “~에 응답하는”, “~에 관련되는”, 또는 다른 과거 시제의 형용사와 같은 표현은 일반적으로, 문맥상 달리 언급되지 않는 한, 전술한 변형을 배제하려는 의도가 아니다.In the context of the appended claims, those skilled in the art will understand that the operations described in the claims may generally be made in any order. It should also be understood that while the various workflows are presented in order, these various workings may be done in different orders not shown or may be done at the same time. An example of such an alternating sequence is a sequence of nested sequences, inserted sequences, interrupted sequences, reordered sequences, augmented sequences, preparative sequences, supplementary sequences, concurrent sequences, reversed sequences, Other variations may be included. In addition, expressions such as " responding to ", " related to ", or adjectives of other past tense are generally not intended to exclude the foregoing variations unless the context clearly indicates otherwise.

당업자는, 전술한 구체적인 예시적 프로세스 및/또는 디바이스 및/또는 기술이, 함께 제출된 청구범위와 같이 본원의 다른 곳에서 교시된 및/또는 본 출원의 다른 곳에서 교시된, 보다 일반적인 프로세스 및/또는 디바이스 및/또는 기술을 대표하는 것이라는 것을 이해할 것이다.Skilled artisans will appreciate that the specific processes and / or devices and / or techniques described above may be implemented with a more general process and / or a technique, as taught elsewhere herein and / or elsewhere in this application, Or devices and / or techniques described herein.

다양한 양태 및 실시예가 본원에 개시되어 있지만, 다른 양태 및 실시예가 당업자에게 명확할 것이다. 본원에 개시된 다양한 양태 및 실시예는 예시의 목적을 위한 것이며, 후속하는 청구범위에 의해 지시되는 진정한 사상 및 범위와 함께, 한정하려는 의도가 아니다.While various aspects and embodiments are disclosed herein, other aspects and embodiments will be apparent to those skilled in the art. The various aspects and embodiments disclosed herein are for the purpose of illustration and are not intended to be limiting, with the true spirit and scope being indicated by the following claims.

본원에 설명된 프로세스의 임의의 부분은 자동화될 수도 있다. 이러한 자동화는 적어도 하나의 컴퓨터를 수반하는 것에 의해 달성될 수 있다. 이러한 자동화는, 적어도 하나의 비휘발성인 컴퓨터 판독 가능한 매체에 저장된 프로그램에 의해 실행될 수 있다. 상기 매체는, 예를 들면, CD, DVD, USB, 하드 드라이브 등일 수 있다. 조립체를 비롯하여 연료 요소 구조의 선택 및/또는 구성은 또한 컴퓨터 및/또는 소프트웨어 프로그램을 이용함으로써 최적화될 수 있다.Any portion of the process described herein may be automated. Such automation can be accomplished by involving at least one computer. Such automation may be performed by a program stored on at least one non-volatile computer-readable medium. The medium may be, for example, a CD, a DVD, a USB, a hard drive, or the like. Selection and / or configuration of the fuel element structure, including the assembly, may also be optimized by using a computer and / or software program.

전술한 본 발명의 실시예는 임의의 다양한 방식으로 실시될 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예는 하드웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 조합을 이용하여 구현될 수 있다. 소정 실시예의 임의의 양태가 적어도 부분적으로 소프트웨어로 실시될 때, 해당 소프트웨어 코드는 단일 컴퓨터에 제공되든지 또는 다수의 컴퓨터에 분배되든지, 임의의 적절한 프로세서 또는 프로세서들의 모음 상에서 실행될 수 있다.The above-described embodiments of the present invention can be implemented in any of various ways. For example, some embodiments may be implemented using hardware, software, or a combination thereof. When any aspect of a given embodiment is at least partially implemented in software, the software code may be executed on a collection of any suitable processor or processors, whether provided in a single computer or distributed to multiple computers.

또한, 본원에 설명되는 기술은 일 방법으로서 구현될 수 있으며, 이러한 방법에 관한 적어도 하나의 예가 제시되어 있다. 상기 방법의 일부로서 행해지는 작업들은 임의의 적절한 방식으로 순서가 정해질 수도 있다. 이에 따라, 제시된 바로부터 임의의 다른 다양한 순서로 작업들이 행해지는 실시예를 구성할 수 있으며, 이러한 실시예는, 심지어 제시된 실시예에서 순차적인 작업으로서 도시되어 있다고 하더라도 일부 작업들을 동시에 행하는 것을 포함할 수 있다.In addition, the techniques described herein may be implemented as a method, and at least one example of such a method is presented. The tasks performed as part of the method may be sequenced in any suitable manner. Thus, it is possible to construct an embodiment in which tasks are performed in any of a variety of different orders from the point of view of being presented, and this embodiment includes performing some tasks at the same time, even if they are shown as sequential tasks in the presented embodiment .

본원에서 정의되고 사용되는 바와 같은 모든 정의는, 사전적 정의, 인용함으로써 포함되는 문헌에서의 정의, 및/또는 정의된 용어의 통상적인 의미에 우선하는 것으로 이해되어야만 한다.It should be understood that all definitions as defined and used herein supersede the conventional meaning of dictionary definitions, definitions in the documents included by reference, and / or definitions of terms.

본원의 상세한 설명 및 청구범위에서 사용될 때 단수 표현은, 명확하게 반대로 언급되지 않은 경우, “적어도 하나”를 의미하는 것으로 이해되어야만 한다.When used in the description and the claims, the singular should be understood to mean " at least one, " unless explicitly stated to the contrary.

상세한 설명 및 청구범위에 있어서 본원에서 사용되는 문구 “및/또는”은, 연결된 요소들(즉, 일부 경우에 있어서 연결되어 존재하는 요소들 그리고 다른 경우에 있어서 분리되어 존재하는 요소들) 중 “어느 하나 또는 양자 모두”를 의미하는 것으로 이해되어야만 한다. “및/또는”과 함께 나열되는 다수의 요소는, 동일한 방식으로, 즉 이렇게 연결된 요소들 중 “하나 이상”으로 해석되어야만 한다. 구체적으로 특정된 요소들과 관련이 있든지 또는 관련이 없든지, “및/또는” 구문에 의해 구체적으로 특정되는 요소와는 다른 요소가 선택적으로 존재할 수 있다. 따라서, 비한정적인 예로서, “포함하는”과 같은 개방형 어구와 함께 사용될 때 “A 및/또는 B”라 함은, 일 실시예에 있어서, 오직 A만을(선택적으로 B가 아닌 요소를 포함함) 지칭할 수 있고, 다른 실시예에 있어서 오직 B만을(선택적으로 A가 아닌 요소를 포함함) 지칭할 수 있으며, 또 다른 실시예에 있어서 A 및 B 양자 모두(선택적으로 다른 요소를 포함함)를 지칭할 수도 있고, 기타 등등을 지칭할 수도 있다.It is to be understood that the phrase " and / or " as used herein in the specification and claims is intended to indicate that the connected elements (i. E., In some cases connected elements and in other cases, Quot; one or both ". A number of elements listed with " and / or " should be interpreted in the same manner, i.e., " one or more " There may optionally be elements other than those specifically specified by the " and / or " syntax, whether specifically associated with or unrelated to the specified elements. Thus, as a non-limiting example, " A and / or B " when used in conjunction with an open phrase such as " comprising " means that, in one embodiment, only A (optionally including non- ), In other embodiments only B (optionally including non-A elements), in another embodiment both A and B (optionally including other elements) Quot ;, " other ", or the like.

상세한 설명 및 청구범위에 있어서 본원에서 사용될 때 “또는”은 앞서 정의된 바와 같은 “및/또는”과 동일한 의미를 갖는 것으로 이해되어야만 한다. 예를 들면, 나열하는 기재에 있어서 물품들 사이에 있는 “또는” 혹은 “및/또는”은 포괄적인 것으로 해석되어야 하며, 즉 '적어도 하나'의 포함뿐만 아니라 '2개 이상의 요소', '다수의 요소', 또는 '요소의 나열' 그리고, 선택적으로, '추가적으로 나열되지 않은 물품'을 포함하는 것으로 해석되어야 한다. “~ 중 단 하나” 혹은 “명확하게 ~ 중 하나”와 같이 오직 명확하게 반대로 언급되는 표현, 혹은 청구범위에서 사용될 때 “~로 구성되는”은 다수의 요소 또는 나열된 요소 중 정확하게 하나의 요소를 포함하는 것을 가리킬 것이다. 일반적으로, 용어 “또는”은, 본원에서 사용될 때, (“어느 하나”, “~ 중 하나”, “~ 중 단 하나”, “~ 중 정확하게 하나”와 같은) 배타적인 용어가 선행하는 경우 배타적인 대안(즉, “하나 또는 다른 하나일 뿐 양자 모두는 아님”)을 지시하는 것으로 해석되어야 하며, 청구범위에서 사용될 때, “실질적으로 ~로 구성되는”은 특허법 분야에서 사용되는 바와 같은 통상의 의미를 갖는다.As used herein in the specification and claims, " or " should be understood to have the same meaning as " and / or " as defined above. For example, in the written description, " or " or " and / or " between articles should be interpreted as being inclusive, i.e., " including at least one, Quot ;, " element ", or " list of elements ", and, optionally, " The phrase "consisting of" when used in either the appended or explicit language, such as "one of only one" or "specifically one of," or the like, refers to a plurality of elements or precisely one element . In general, the term " or, " when used herein, refers to an exclusive term (such as " any one, " " Should be construed as indicating an alternative (i.e., "one or the other but not both"), and when used in the claims, "consisting substantially of" It has meaning.

상세한 설명 및 청구범위에 있어서 본원에서 사용될 때, 하나 이상의 요소의 나열과 관련하여, 문구 “적어도 하나”는, 나열된 요소에 있는 임의의 하나 이상의 요소로부터 선택되는 적어도 하나의 요소를 의미하는 것으로 이해되어야만 하며, 나열된 요소 내에 구체적으로 언급된 각각의 요소 모두 중 적어도 하나를 포함할 필요는 없고, 나열된 요소에서의 요소들의 임의의 조합을 배제하는 것은 아니다. 이러한 정의는 또한, 구체적으로 특정된 요소들과 관련이 있든지 또는 관련이 없든지, 문구 “적어도 하나”가 수식하는 원소의 나열에 속하는 구체적으로 특정된 요소 이외의 요소가 선택적으로 존재할 수 있도록 허용한다. 따라서, 비한정적인 예로서, “A 및 B 중 적어도 하나”(또는 등가적으로 “A 또는 B 중 적어도 하나” 혹은 등가적으로 “A 및/또는 B 중 적어도 하나”)는 일 실시예에 있어서 B 없이 하나가 넘는 A를 선택적으로 포함하는 적어도 하나(그리고 선택적으로 B 아닌 요소를 포함함), A 없이 하나가 넘는 B를 선택적으로 포함하는 적어도 하나(그리고 선택적으로 A가 아닌 요소를 포함함)를 가리키며, 또 다른 실시예에 있어서 선택적으로 하나가 넘는 A를 포함하는 적어도 하나와 선택적으로 하나가 넘는 B를 포함하는 적어도 하나(그리고 선택적으로 다른 요소를 포함함) 등을 가리킨다.It should be understood that, as used in the specification and claims, when referring to the listing of one or more elements, the phrase "at least one" should be understood to mean at least one element selected from any one or more elements in the listed elements And does not necessarily include at least one of each of the elements specifically mentioned within the listed elements, and does not exclude any combination of the elements in the listed elements. This definition also allows for the optional presence of elements other than specifically identified elements belonging to the list of elements for which the phrase " at least one " modifies, whether specifically related to or unrelated to the specified elements do. Thus, as a non-limiting example, "at least one of A and B" (or equivalently, "at least one of A or B" or equivalently "at least one of A and / or B" At least one (and optionally including non-A) elements that optionally include more than one B without at least one (and optionally including non-B elements) optionally containing more than one A without B, , And in alternative embodiments optionally at least one (and optionally including other elements), including at least one containing more than one A and optionally more than one B, and so on.

본원에 언급된 임의의 범위는 포괄적인 것이다. 본원의 상세한 설명 전반에 걸쳐 사용되는 표현 “실질적으로” 및 “약”은 작은 편차를 설명 및 고려하기 위해 사용된 것이다. 예를 들면, 이러한 표현은, ±5% 이하, 예컨대 ±2% 이하, ±1% 이하, ±0.5% 이하, ±0.2% 이하, ±0.1% 이하, ±0.05% 이하를 가리킬 수 있다.Any range referred to herein is inclusive. The phrases " substantially " and " about " used throughout the description are intended to explain and contemplate minor variations. For example, such a representation may indicate ± 5% or less, such as ± 2% or less, ± 1% or less, ± 0.5% or less, ± 0.2% or less, ± 0.1% or less, ± 0.05% or less.

청구범위에 있어서 뿐만 아니라 이상의 상세한 설명에 있어서, “포함하는”, “포괄하는”, “구비하는”, “수용하는”, “수반하는”, “유지하는”, “이루어진” 등과 같은 모든 접속구는 개방형인 것으로 이해되어야만 하며, 즉 '~로 한정하는 것은 아니지만 포함하는' 것을 의미하는 것으로 이해되어야만 한다. 오직 접속구 “~로 구성된” 및 “실질적으로 ~로 구성된”만은 각각 미국 특허청 특허 심사 지침서의 섹션 2111.03에 기술된 바와 같이 각각 폐쇄형 혹은 반폐쇄형이 될 것이다.In the foregoing specification, as well as in the claims, all connections such as "including," "including," "having," "accommodating," "accompanying," "maintaining," " Should be understood to be open-ended, i.e., to mean "including but not limited to." Only the ports "consisting of" and "consisting substantially of" will each be closed or semi-closed, respectively, as described in Section 2111.03 of the US Patent and Trademark Office Patent Examination Guidelines.

청구범위는, 그 효과에 대해 언급되지 않은 한, 설명된 순서 또는 효과로 한정되는 것으로 읽어서는 안 된다. 첨부된 청구범위의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 당업자에 의해 형태 및 세부사항 면에서 다양한 변경이 행해질 수 있다는 것을 이해해야 한다. 이하의 청구범위 및 이에 대한 등가물의 사상 및 범위에 속하는 모든 실시예가 청구된다.The claims should not be read as being limited to the order or effect described, unless the effect is referred to. It should be understood that various changes in form and details may be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the appended claims. All embodiments falling within the spirit and scope of the following claims and equivalents thereto are claimed.

Claims (17)

강 조성물로서,
약 10.0 중량% 내지 약 13.0 중량%의 Cr;
약 0.17 중량% 내지 약 0.23 중량%의 C;
약 0.80 중량% 내지 약 1.2 중량%의 Mo;
약 0.5 중량% 이하의 Si;
약 1.0 중량% 이하의 Mn;
약 0.25 중량% 내지 약 0.35 중량%의 V;
약 0.40 중량% 내지 약 0.60 중량%의 W;
적어도 80 중량%의 Fe
를 포함하며, 상기 강 조성물은, 0.2 appm He/dpa로 188 dpa(displacements per atom)의 양까지 이중 비임 Fe++ 및 He++를 조사(irradiation)한 이후에 표면 아래로 500 내지 700 nm의 깊이에서 0.9 체적% 미만의 팽윤(swelling)을 나타내도록 처리되며, 이는 손상 케스케이드(damage cascade) 및 40eV의 변위 에너지에 관한 K-P 옵션을 이용하여 SRM(Stopping Range in Matter) 모사를 통해 계산된 바와 같으며, 시료의 조사 깊이에서 균일한 He 프로파일을 형성하기 위한 스캐터링 및 에너지 저감을 위해 얇은 Al 포일을 통해 전달되는 대략 2 MeV의 He++ 이온의 래스터 스캐닝된 비임과 5 MeV의 Fe++ 이온의 디포커싱된 비임을 이용하여 섭씨 460 도에서 강 조성물에 조사함으로써 생성되는 것인 강 조성물.
As the steel composition,
From about 10.0 wt% to about 13.0 wt% Cr;
From about 0.17% to about 0.23% by weight of C;
About 0.80 wt% to about 1.2 wt% Mo;
Up to about 0.5 weight percent Si;
About 1.0 percent by weight or less of Mn;
About 0.25 wt.% To about 0.35 wt.% V;
From about 0.40% to about 0.60% W;
At least 80% by weight of Fe
Wherein the steel composition has a surface area of 500 to 700 nm below the surface after irradiation of the double beam Fe < ++ > and He ++ to an amount of 188 dpa (displacements per atom) at 0.2 appm He / Is processed to exhibit a swelling of less than 0.9 vol% in depth, as calculated using a damage cascade and a KP option for displacement energy of 40 eV to simulate a Stopping Range in Matter (SRM) , A raster-scanned beam of approximately 2 MeV He ++ ions and a 5 MeV Fe ++ ion transmitted through a thin Al foil for scattering and energy reduction to form a uniform He profile at the sample's irradiation depth By irradiating the steel composition at 460 degrees Celsius with a defocused beam of the composition.
제1항에 있어서, 상기 강 조성물의 처리는, 40 내지 60 시간 동안 섭씨 1100 도 내지 섭씨 1300 도 사이의 온도로 강 조성물을 가열함으로써, 강 조성물의 적어도 일부를 오스테나이트 상으로 변형시키는 것을 포함하는 것인 강 조성물.The method of claim 1 wherein the treatment of the steel composition comprises modifying at least a portion of the steel composition into austenite phase by heating the steel composition to a temperature between 1100 degrees Celsius and 1300 degrees Celsius for 40 to 60 hours ≪ / RTI > 제1항에 있어서, 상기 강 조성물은 0.75 체적% 미만의 팽윤을 나타내는 것인 강 조성물.The steel composition of claim 1, wherein the steel composition exhibits a swelling of less than 0.75% by volume. 제1항에 있어서, 상기 강 조성물은 0.5 체적% 미만의 팽윤을 나타내는 것인 강 조성물.The steel composition of claim 1, wherein the steel composition exhibits less than 0.5 volume percent swelling. 제1항에 있어서, 상기 강 조성물은 0.3 체적% 미만의 팽윤을 나타내는 것인 강 조성물.The steel composition of claim 1, wherein the steel composition exhibits less than 0.3% by volume swelling. 제1항에 있어서, 상기 강 조성물은 HT9 강인 것인 강 조성물.The steel composition according to claim 1, wherein the steel composition is HT9 steel. 제1항의 강 조성물(steel composition)로 제조된 연료 요소.A fuel element made of the steel composition of claim 1. 제1항의 강 조성물(steel composition)로 제조된 연료 조립체의 구성요소.A fuel assembly component made from the steel composition of claim 1. 강 조성물로서,
(Fe)a(Cr)b(Mo, Ni, Mn, W, V)cNd로 표현되며
여기서,
a, b, c, 및 d는 각각 중량%를 나타내는 0보다 큰 숫자이고,
b는 11 내지 13이며,
c는 약 0.25 내지 약 0.9이고,
d는 약 0.01 내지 약 0.04이며,
a는 잔량을 나타내고,
강 조성물은, 0.2 appm He/dpa로 188 dpa(displacements per atom)의 양까지 이중 비임 Fe++ 및 He++를 조사한 이후에 표면 아래로 500 내지 700 nm의 깊이에서 0.9 체적% 미만의 팽윤을 나타내도록 처리되며, 이는 손상 케스케이드 및 40eV의 변위 에너지에 관한 K-P 옵션을 이용하여 SRM(Stopping Range in Matter) 모사를 통해 계산된 바와 같으며, 시료의 조사 깊이에서 균일한 He 프로파일을 형성하기 위한 스캐터링 및 에너지 저감을 위해 얇은 Al 포일을 통해 전달되는 대략 2 MeV의 He++ 이온의 래스터 스캐닝된 비임과 5 MeV의 Fe++ 이온의 디포커싱된 비임을 이용하여 섭씨 460 도에서 강 조성물에 조사함으로써 생성되는 것인 강 조성물.
As the steel composition,
(Fe) a (Cr) b is represented by the (Mo, Ni, Mn, W , V) c N d
here,
a, b, c, and d are numbers greater than 0 representing weight percent,
b is from 11 to 13,
c is from about 0.25 to about 0.9,
d is from about 0.01 to about 0.04,
a represents the remaining amount,
The steel composition had a swelling of less than 0.9% by volume at a depth of 500 to 700 nm beneath the surface after irradiation of the double beam Fe ++ and He ++ to an amount of 188 dpa (displacements per atom) at 0.2 appm He / dpa Which is calculated as a result of SRC (Stopping Range in Matter) simulation using the damaged cascade and the KP option for displacement energy of 40 eV, and is used to form a uniform He profile at the irradiation depth of the sample Using a raster-scanned beam of approximately 2 MeV of He ++ ions and a defocused beam of 5 MeV of Fe ++ ions delivered through a thin Al foil for catering and energy reduction, the steel composition was irradiated at 460 degrees Celsius ≪ / RTI >
제9항에 있어서, b는 11.5 내지 12.5 사이인 것인 강 조성물.The steel composition of claim 9, wherein b is between 11.5 and 12.5. 제9항에 있어서, 상기 강 조성물의 처리는, 40 내지 60 시간 동안 섭씨 1100 도 내지 섭씨 1300 도 사이의 온도로 강 조성물을 가열함으로써, 강 조성물의 적어도 일부를 오스테나이트 상으로 변형시키는 것을 포함하는 것인 강 조성물.10. The method of claim 9, wherein the treatment of the steel composition comprises modifying at least a portion of the steel composition into austenite phase by heating the steel composition to a temperature between 1100 degrees Celsius and 1300 degrees Celsius for 40 to 60 hours ≪ / RTI > 제9항에 있어서, 상기 강 조성물은 0.75 체적% 미만의 팽윤을 나타내는 것인 강 조성물.The steel composition of claim 9, wherein the steel composition exhibits a swelling of less than 0.75% by volume. 제9항에 있어서, 상기 강 조성물은 0.5 체적% 미만의 팽윤을 나타내는 것인 강 조성물.The steel composition of claim 9, wherein the steel composition exhibits less than 0.5 volume percent swelling. 제9항에 있어서, 상기 강 조성물은 0.3 체적% 미만의 팽윤을 나타내는 것인 강 조성물.10. The steel composition according to claim 9, wherein the steel composition exhibits a swelling of less than 0.3% by volume. 제9항에 있어서, 상기 강 조성물은 HT9 강인 것인 강 조성물.10. The steel composition according to claim 9, wherein the steel composition is HT9 steel. 제9항의 강 조성물(steel composition)로 제조된 연료 요소.A fuel element made of the steel composition of claim 9. 제9항의 강 조성물(steel composition)로 제조된 연료 조립체의 구성요소.A component of a fuel assembly made of the steel composition of claim 9.
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